Metabolismo lipidico,

normale e patologico

Lipidi come principali fattori di rischio dell’aterosclerosi

I lipidi sono sostanze insolubili in acqua e solubili in solventi organici (etere, alcool, ecc)

Da un punto di vista chimico, sono composti da un gruppo estremamente

eterogeneo di molecole (acidi grassi liberi, trigliceridi, fosfolipidi, steroidi, vitamine

liposolubili, carotenoidi, ecc), con una varietà strutturale dunque superiore rispetto ad

altre macromolecole biologiche

Tre delle maggiori funzioni dei lipidi sono:

1. Forma di deposito di energia nel corpo (resa calorica maggiore dei carboidrati)

2. Componenti strutturali delle membrane cellulari

3. Messaggeri intracellulari

Gli acidi grassi liberi, indicati anche NEFA (dall'inglese Not Esterified Fatty acid, acidi grassi non

esterificati), rappresentano la frazione circolante e di riserva energetica di lipidi dell'organismo,

che possono essere facilmente captati e metabolizzati da fegato e muscoli. Per la loro

insolubilità, necessitano di proteine sieriche (albumina) per circolare nel sangue.

Acidi grassi

Composti acidi monocarbossilici alifatici:

a catena corta, media o lunga

saturi o insaturi (mono o poli)

Composti anfipatici

LIPIDI

Trigliceridi

Esteri del glicerolo con 3

acidi grassi, saturi o insaturi

Fosfolipidi

LIPIDI

L’idrolisi dei trigliceridi ad acidi

grassi e glicerolo è catalizzata dagli

enzimi lipasi.

L’ossidazione completa dei grassi

produce circa 9 kcal/g rispetto alle

4 kcal/g dei carboidrati e proteine.

MOLECOLE ANFIPATICHE

Gli steroidi sono composti con funzioni molto diverse tra loro e struttura di

ciclopentanoperidrofenantrene costituita da un sistema di anelli fusi contenente tre

anelli a 6 atomi ed un anello a 5 atomi.

LIPIDI

Lo steroide di maggiore interesse è il colesterolo, molecola altamente idrofobica in cui

l’unico gruppo idrofilo è il gruppo ossidrilico in posizione 3. Il colesterolo è molto diffuso

nelle membrane biologiche animali mentre non è presente nelle membrane delle

cellule procariotiche.

LIPIDI

Colesterolo

Dopo la biosintesi:

Una piccola parte del colesterolo viene incorporato nelle membrane cellulari

Una gran parte viene esportato come:

• Esteri del colesterolo

• Sali biliari

Esteri del colesterolo

Sono sintetizzati nel fegato per azione di acil-CoA-colesterolo aciltransferasi (ACAT)

Sono conservati nel fegato oppure sono trasportati ai tessuti extraepatici dalle VLDL, e quindidalle LDL

A causa di scarsa o nulla solubilità nel plasma (mezzo acquoso), i lipidi hanno bisogno

di ancorarsi a proteine per poter circolare nel sangue:

Formazione di LIPOPROTEINE

Particelle complesse, ad alto peso molecolare, CON STRUTTURA GLOBULARE, che

trasportano lipidi apolari (soprattutto trigliceridi ed esteri del colesterolo) e proteine definite

APOLIPOPROTEINE.

Presentano un core in cui sono collocati lipidi idrofobici (trigliceridi ed esteri del

colesterolo) ed una superficie polare, formata da fosfolipidi e colesterolo non esterificato,

ed in cui sono esposte le regioni idrofiliche delle apolipoproteine, che consente alle

lipoproteine nel loro complesso di essere solubili nel plasma.

Le lipoproteine si classificano:

in base alla migrazione elettroforetica, in -lipoproteine (HDL), pre--lipoproteine

(VLDL), -lipoproteine (LDL) e chilomicroni;

in base alla densità crescente, in chilomicroni, VLDL, IDL, LDL, e HDL

Vie esogena ed endogena del metabolismo lipidico

Il metabolismo delle lipoproteine si può immaginare come suddiviso in due cicli, uno

esogeno ed uno endogeno, interconnessi tramite il fegato.

Lipidi esogeni

Lipidi esogeni

ed endogeni

Ciclo esogeno

1. I trigliceridi, il colesterolo ed altri lipidi assunti con la dieta sono assorbiti e trasportati al

di fuori dell’intestino sotto forma di grandi CHILOMICRONI, il cui diametro varia da 180

a 500 nm, la cui densità è < 0,96 g/cm3, in quanto costituiti per la maggior parte da

trigliceridi. La principale apolipoproteina nei chilomicroni è la B-48 (Apo B-48, 240

kDa);

2. I chilomicroni vengono secreti nella linfa e raggiungono il circolo sanguigno tramite il

dotto toracico;

3. In circolo, i trigliceridi vengono rimossi gradualmente ad opera dell’enzima

LIPOPROTEINA LIPASI (LPL), presente nei capillari di numerosi tessuti, soprattutto di

quello adiposo e nel muscolo scheletrico. Vengono così scissi, nei muscoli, in acidi

grassi liberi e monogliceridi, e negli adipociti vengono depositati nuovamente proprio

come trigliceridi o utilizzati per la produzione di energia (β-ossidazione);

4. Persa la maggior parte dei trigliceridi (chilomicroni remnants, residui, CMR), essi

diventano più piccoli e più ricchi di colesterolo, e vengono captati dal fegato, grazie

ad uno specifico recettore di membrana che riconosce Apo E (LRP), e degradati a

livello lisosomiale;

5. Il colesterolo può andare incontro a diversi destini: essere escreto nella bile come tale

o dopo trasformazione in acidi; il c. biliare giunto nell’intestino può essere riassorbito

dagli enterociti per poi tornare al fegato attraverso il cosiddetto circolo entero-

epatico; infine, può essere distribuito agli altri tessuti dell’organismo, trasportato da

lipoproteine di origine epatica (VLDL).

Ciclo endogeno

I trigliceridi ed il colesterolo sintetizzati nel fegato o provenienti dal ciclo esogeno

vengono esportati nel sangue sotto forma di VLDL (very low density lipoproteins, d <

1,006 g/cm3), le cui apolipoproteine più importanti sono Apo B-100 (513 kDa), Apo E e

Apo C-II;

Le VLDL vanno incontro allo stesso processo di distacco dei lipidi subito dai

chilomicroni, per azione sempre della LPL presente sulla superficie dei capillari

(processo che rifornisce di acidi grassi il tessuto adiposo). Ciò porta alla formazione di

lipoproteine a densità intermedia (IDL, intermediate density lipoproteins, 1,006 < d <

1,019 g/cm3), ricche in colesterolo esterificato: il 25% viene ricaptato dal fegato, ad

opera dei recettori per le LDL, la quota rimanente va incontro ad ulteriore perdita di

trigliceridi, con formazione di LDL (low density lipoproteins, 1,019 < d < 1,063 g/cm3),

ancora più arricchite di colesterolo esterificato endogeno;

Le LDL, principali trasportatori di colesterolo nel sangue, hanno un diametro di 22 nm,

una massa di circa 3 milioni di Dalton e contengono un nucleo composto da circa

1500 molecole di colesterolo esterificato (circondato da un involucro di fosfolipidi,

colesterolo libero ed un’unica copia di Apo B-100, che riveste un ruolo essenziale nel

riconoscimento delle LDL da parte di specifici recettori localizzati sulle membrane di

cellule epatiche ed extraepatiche);

Il ruolo delle LDL è quello di trasportare il colesterolo ai tessuti

periferici e di regolare la sintesi de novo del colesterolo in questi siti.

Anche il fegato possiede recettori per le LDL: il colesterolo delle LDL captate dagli

epatociti viene usato per la formazione di acidi biliari e per la secrezione di

colesterolo libero nella bile.

Recettore LDL

L’Apo B-100 sulle LDL si lega ai suoi recettori specifici su

cellule, principalmente non epatiche; tali glicoproteine

sono localizzate in regioni specializzate chiamate cavità

rivestite (coated pits), che contengono clatrina.

Il complesso LDL/recettore è internalizzato per endocitosi,

formando vescicole;

Tali vescicole si fondono con i lisosomi (contenenti enzimi

degradativi);

Il colesterolo libero, che deriva dall’idrolisi del colesterolo

esterificato ad opera di lipasi lisosomiali, è utilizzato per la

sintesi di membrane o come precursore di ormoni

steroidei;

Il colesterolo libero in eccesso è depositato a livello

intracellulare in forma esterificata grazie all’enzima ACAT

(acil-CoA:colesterolo aciltransferasi).

Quando la cellula ha colesterolo a sufficienza, la sintesi di tali recettori è down-

regolata; quando, invece, è a corto di colesterolo, il numero di recettori aumenta.

Il malfunzionamento o l’assenza del recettore su base ereditaria è responsabile

dell’ipercolesterolemia familiare (FH); una mutazione specifica dell’Apo B-100 ha come

conseguenza un’alterazione del legame delle LDL al recettore: ciò produce un quadro clinico

identico alla FH, chiamato “deficit familiare di Apo B” (FDB).

Circa 2/3 delle LDL circolanti sono rimosse dal plasma con tale meccanismo

recettoriale; la parte rimanente è captata da cellule macrofagiche del SRE,

attraverso recettori “scavenger”, che intercettano soprattutto LDL modificate (per

ossidazione, glicosilazione, ecc).

Tale sistema è determinante per allontanare dal circolo LDL degradate o modificate,

quando raggiungono concentrazioni plasmatiche eccessive: non possiede, quindi, il

compito di rifornire i tessuti periferici di colesterolo.

Tale meccanismo è fondamentale per la comprensione della genesi delle placche

ateromatose: i macrofagi che fagocitano le LDL modificate tramite i recettori

scavenger si trasformano in cellule schiumose (foam cells), che sono una

componente cellulare caratteristica delle lesioni aterosclerotiche iniziali.

HDL - Trasporto inverso del colesterolo

Le cellule periferiche, come tutte le cellule non intestinali o non epatiche, non sono in

grado di degradare il colesterolo in eccesso; perciò, per il mantenimento

dell'omeostasi cellulare, è essenziale la presenza di un meccanismo dedicato alla

rimozione del colesterolo dalle cellule. Questo meccanismo, finalizzato al recupero

epatico del colesterolo periferico in eccesso, è detto "trasporto inverso del

colesterolo" (RCT: reverse cholesterol transport), ed avviene attraverso

l’incorporazione del colesterolo nelle lipoproteine HDL (High density lipoproteins, 1,063

< d < 1,21 g/cm3, le cui apolipoproteine più importanti sono ApoA-1 e ApoA-II), ed il

successivo trasporto al fegato per l'escrezione biliare.

Raccolgono il colesterolo rilasciato nel plasma da cellule in disfacimento e dal

turnover delle membrane; si formano a partire da precursori (pre-β-HDL), secreti sia

dal fegato che dall’intestino.

Una volta incorporato nelle pre-β-HDL, il colesterolo è esterificato da un’acil-

transferasi (LCAT, lecitin-colesterolo aciltransferasi), utilizzando Apo A-I come

cofattore e trasformando le pre-β-HDL nella loro forma matura, pronte per essere

trasportate al fegato, seguendo due vie distinte.

In un primo caso, le HDL ricche in colesterolo esterificato cedono questo lipide alle

lipoproteine ricche in trigliceridi (VLDL, LDL), attraverso l’attività di proteine

trasportatrici (ad es CETP, cholesteryl ester transfer protein), che poi vengono

intercettate dal fegato mediante specifici recettori (LDL-R) e rimosse dalla

circolazione (rimozione indiretta del colesterolo esterificato)(Svuotandosi di

colesterolo, le HDL accettano in cambio trigliceridi).

Una seconda via prevede che il colesterolo esterificato può essere rimosso dalle HDL

proprio a livello epatico, grazie a specifici meccanismi recettoriali (SR-B1), che

consentono di svuotare le HDL dal loro contenuto e rigenerare nuove pre-β-HDL,

senza internalizzare la particella lipoproteica.

Questo processo è ritenuto ANTI-ATEROGENO, ed un alto rapporto HDL/colesterolo

conferisce all’individuo un rischio ridotto di malattie coronariche

Il termine di ARTERIOSCLEROSI (da non confondere con aterosclerosi) comprende tutte

le patologie con “indurimento” (sclerosi significa letteralmente ‘indurimento’) delle

arterie di ogni calibro.

L'arteriosclerosi comprende tre patologie principali:

aterosclerosi propriamente detta

arteriolosclerosi (le cui forme principali sono legate a ipertensione e diabete)

sclerosi calcifica mediale di Mönckeberg

Malattie collegate alle alterazioni del metabolismo dei lipidi

Aterosclerosi: patologia degenerativa, importante causa di malattia e morte nei paesi

occidentali, che comporta la presenza di ateromi nelle arterie di grande e medio

calibro, ovvero di placche la cui componente specifica è costituita da accumuli

lipidici, che aumentano nel tempo, e che conducono al restringimento del lume

vascolare (stenosi) o di fenomeni tromboembolici, che si verificano quando la placca si

stacca.

La sindrome metabolica è il principale fattore predisponente.

La lesione elementare dell'aterosclerosi si chiama ateroma: massa o

placca di intima arteriosa degenerata ed ispessita che si ritrova

nell’aterosclerosi

Fisiopatologia della Placca Ateromasica

Ateroma: la genesi e lo sviluppo

L’ateroma è una lesione che inizia nella tonaca intima: si presenta essenzialmente

con una proliferazione di cellule muscolari lisce e accumulo di lipidi

Gli ateromi si trovano sparsi nella parete delle arterie di grande e medio calibro (vasi

ad alta pressione)

La localizzazione degli ateromi varia da soggetto a soggetto ma statisticamente

sono privilegiate alcune sedi caratterizzate da flusso vorticoso: ad es.: la “esse” della

carotide interna, le biforcazioni

La distribuzione casuale delle lesioni lascia intendere che lo stabilirsi di un ateroma è

un fenomeno statistico, tutto sommato piuttosto raro, fenomeno tuttavia persistente

per anni e che quindi diventa:certo per presenza, incerto per localizzazione

La presenza di fattori di rischio aumenta la probabilità che un ateroma si formi e ne

accelera la crescita, nonché favorisce l'insorgere di complicanze clinicamente

significative

Una iniziale degenerazione delle cellule endoteliali arteriali comporta l'aumentata

aderenza di Monociti e di T-Linfociti, nei confronti dell'area affetta.

I sotto prodotti proteici di monociti e linfociti (citochine) mediano il processo

aterogenico, attirando cellule fagocitarie verso l'area affetta.

Parallelamente a ciò, l'esposizione ad elevati livelli sierici di LDL e la loro susseguente

deposizione ed ossidazione incrementa ulteriormente il processo infiammatorio in

corso.

L’incrementato uptake di LDL da parte delle cellule fagocitarie giustifica il nome di

"Foam Cells" (cellule schiumose) dato il loro alterato contenuto lipidico.

Presenza di un CORE LIPIDICO formato da cellule schiumose morte e lisate, depositi di

grasso e materiale fibroso. Il core risulta delimitato da una capsula formata da

materiale fibroso (prodotto dalle cellule muscolari lisce che hanno internalizzato le

OxLDL) e da cellule muscolari lisce che possono anch’esse essere cariche di lipidi.

Il materiale lipidico che viene a depositarsi, prende il nome di Placca Ateromatosa.

In particolari condizioni

(ipertensione, fumo, stress, diabete)

si assiste all’ossidazione delle LDL

che penetrano attraverso

l’endotelio

Monocita, macrofago,

cellula schiumosa

(foam cell)

Le LDL ossidate mediano una

risposta di tipo infiammatorio

da parte dell’endotelio

Stria lipidica

Migrazione delle cellule

muscolari

Lesione fibroadiposa

(fibroateroma)

Migrazione delle cellule

muscolari lisce

Aumento del collagene

Aggregazione e

adesione piastrinica

Migrazione delle cellule

muscolari lisce

Aumento del collagene

Dosaggio di lipidi nel sangue

Fornire al medico, in tempi brevi, informazioni sui valori di concentrazione dei

principali lipidi plasmatici, ai fini di un orientamento diagnostico e di eventuali opzioni

terapeutiche.

Importanza dell’ispezione visiva del siero (o del plasma), dopo una notte a 4°C

(classificazione di Fredrickson).

I valori di riferimento sono tutti variabili in funzione dell’età e del sesso.

Colesterolo plasmatico totale

Valori di riferimento:

Adulti < 200 mg/dl Bambini <180 mg/dl A digiuno per 12 ore

Usati metodi enzimatici/colorimetrici:

224ossidasi ocolesterol

2 OH ecolestenon-Δ O oColesterol

Gli esteri del colesterolo vengono scissi dalla colesterasi in colesterolo libero;

quest’ultimo è ossidato da un enzima specifico:

Viene misurata l’acqua ossigenata che si forma o l’ossigeno che si consuma.

Si può anche utilizzare un’ulteriore procedura colorimetrica:

Colesterolo HDL

Ottenuto previa precipitazione, mediante aggiunta di polianioni e cationi bivalenti

al siero (eparina, solfato di destrano, fosfotungstato e Ca2+, Mg2+, Mn2+) delle

lipoproteine contenenti Apo-B (VLDL, LDL), mentre nel surnatante rimane la frazione

HDL, determinata con i metodi per la misura del colesterolo totale.

Oggi, in realtà, si usano metodi diretti senza fare uso della precipitazione delle

lipoproteine.

Elevati livelli di HDL sono considerati, sulla base di numerosi studi epidemiologici,

PROTETTIVI per quanto attiene al rischio di aterosclerosi.

Valori di riferimento:

Uomini > 40 mg/dl Donne > 45 mg/dl A digiuno per 12 ore

Colesterolo totale/Colesterolo nelle HDL

Viene considerato, dal punto di vista clinico, un parametro molto utile: deve essere, se

possibile, <5 (<4.5 per le donne). Il rischio di malattia coronarica è tanto più elevato

quanto più alto è tale rapporto (> 7).

Colesterolo LDL

Avendo a disposizione i valori di colesterolo totale, colesterolo HDL e trigliceridi, la

concentrazione delle LDL può essere dedotta usando la formula di Friedewald:

Colesterolo LDL = Colesterolo Totale - Colesterolo HDL - Trigliceridi/5

Valori di riferimento: compresi tra 100 e 160 mg/dl A digiuno per 12 ore

(VLDL)

Trigliceridi plasmatici

Valori di riferimento: compresi tra 150 e 200 mg/dl A digiuno per 12 ore

In genere si dosa il glicerolo liberato dopo idrolisi dei legami esterei con gli acidi grassi:

22

ossidasi fosfato glicerolo

2

inasiglicerolch

lipasi

2

OH fosfato cetonediidrossia O fosfato-3-Glicerolo

ADP fosfato-3-Glicerolo ATP Glicerolo

grassi Acidi Glicerolo O3H diTrigliceri

Viene dosata, tramite una perossidasi, l’acqua ossigenata che si forma.

Apolipoproteine plasmatiche

Determinate per la valutazione del numero delle particelle lipoproteiche

corrispondenti alle lipoproteine della via endogena (ApoB) o alle HDL (Apo AI);

Le apolipoproteine possono essere dosate con l’immunodiffusione radiale, con

metodi nefelometrici.

Valori di riferimento: Apo AI 95-200mg/dl Apo B 60-135mg/dl

Con il termine dislipidemia o iperlipoproteinemia si intende l'alterazione della quantità

di grassi o lipidi normalmente presenti nel sangue.

Ci sono:

forme ereditarie, che si manifestano indipendentemente da fattori esterni;

forme più comuni, nelle quali le malattia si manifesta solo in concomitanza a fattori

esterni, come l'eccessiva assunzione di grassi dalla dieta;

dislipidemie secondarie, come complicanze di altre patologie.

Come regola generale, si parla di iperlipoproteinemia quando il colesterolo

plasmatico è superiore a 180-200 mg/dl e quando i trigliceridi sono superiori a 200

mg/dl.

LE DISLIPIDEMIE

La classificazione delle iperlipidemie si è andata modificando nel tempo in rapporto

anzitutto alla disponibilità di alcune tecniche per il dosaggio dei lipidi e delle

lipoproteine plasmatiche.

Fino agli anni ‘50 veniva misurata nel plasma solo la concentrazione del colesterolo; a

partire dagli anni '60 divenne pratica comune anche per il dosaggio dei trigliceridi; si

diffuse nel contempo l'uso dell'elettroforesi delle lipoproteine e successivamente sono

stati introdotti dei metodi semplici per il dosaggio del colesterolo delle HDL

Una prima classificazione delle iperlipidemie distingueva tre gruppi:

le ipercolesterolemie

le ipertrigliceridemie

le iperlipidemie combinate (e cioè l'ipercolesterolemia con ipertrigliceridemia)

Con l’impiego dell'elettroforesi e il riconoscimento del ruolo fondamentale delle

lipoproteine plasmatiche, si fece quindi una distinzione tra l'ipertrigliceridemia

esogena (da chilomicroni) e l'ipertrigliceridemia endogena (da pre-β lipoproteine).

Si venne cioè diffondendo il concetto che la classificazione delle iperlipidemie era in

realtà una classificazione delle iperlipoproteinemie, spostando così l'accento dai

lipidi come tali alle lipoproteine che contengono questi lipidi.

Si è anche tentata una classificazione su base genetica, che diventa sempre più

complicata man mano che vengono scoperte altre mutazioni:

L’ipercolesterolemia familiare (FH), che può presentarsi con xantelasma, xantomi

tendinei, grave ipercolesterolemia e malattie cardiache coronariche precoci, può

essere dovuta ad una qualsiasi tra le oltre 500 mutazioni diverse del gene per il recettore

delle LDL. Mutazioni di Apo-B100 danno una sindrome identica.

L’iperchilomicronemia familiare (ipertrigliceridemia esogena), che può presentarsi con

dolori addominali ricorrenti e pancreatite acuta, può essere dovuta a mutazioni

genetiche della lipoproteina lipasi (LPL) o dei geni di Apo C-II; caratteristici sono

xantomi eruttivi:

Finché la terapia genica e/o le terapie specifiche di sostituzione non diventeranno

disponibili, le classificazioni genetiche, se dal punto di vista biologico sono molto

esplicative, hanno scarsa utilità nella pratica clinica.

A tal proposito, i disordini delle lipoproteine sono semplicisticamente classificati come:

di tipo PRIMARIO, quando il disordine non è dovuto ad altra patologia;

di tipo SECONDARIO, quando il disordine è una manifestazione di un’altra malattia

Tipo PRIMARIO

Per le iperlipidemie primarie ci si riferisce solitamente alla classificazione di Fredrickson

(o dell’Organizzazione Mondiale di Sanità, WHO), basata su evidenze ottenute

dall’analisi del plasma piuttosto che da analisi genetiche:

Classificazione secondo Fredrickson

Pazienti che pur avendo lo stesso difetto genetico possono ricadere all’interno di gruppi diversi, o

possono cambiare gruppo con il progredire della malattia o del trattamento

Iperlipoproteinemie sono state classificate IN BASE AD UNA FENOTIPIZZAZIONE in 6

classi che permettono di caratterizzare il tipo di lipoproteina in eccesso

La classificazione di Fredrickson è basata su evidenze ottenute dall’analisi del siero

(limpido, opalescente, torbido, o nei casi di maggior contenuto in lipoproteine

ricche in trigliceridi, addirittura lattescente).

Refrigerator test

Nelle iperlipidemie di tipo I e V il siero lasciato a riposo per 24 ore ad una temperatura di 4°C presenta

uno strato cremoso superficiale dovuto all’affioramento dei chilomicroni.

Il vantaggio principale di tale classificazione sta nel fatto che è largamente

riconosciuta e fornisce delle guide per le cure.

I sei tipi di iperlipoproteinemia elencate non hanno tutte la stessa frequenza: i tipi I e

V sono rari, mentre i tipi IIa, IIb e IV sono molto comuni; quella di tipo III, nota come

“disbetaliproteinemia familiare” o “malattia della banda larga”, ha una frequenza

intermedia, pari a 1/5000 nella popolazione.

Tipo SECONDARIO

L’iperlipoproteinemia secondaria è una caratteristica ben nota di un certo numero di

malattie: