La diossina può danneggiare il sistema immunitario in modo diretto ed indiretto: numerosi studi condotti su topi, ratti, porcellini d’India, conigli, bovini, scimmie, esseri umani, evidenziano alterazioni a carico del sistema immunitario indotte da diossine anche a dosi molto limitate (U.S. E.P.A., 1994). La diossina sembra ridurre direttamente la popolazione di linfociti B, mentre i linfociti T verrebbero danneggiati indirettamente attraverso effetti indotti sul sistema endocrino: la diossina è in grado di interferire con l’azione di glucocorticoidi, ormoni sessuali, tiroxina, ormone della crescita e prolattina (U.S. E.P.A., 1994). L’azione della diossina può essere particolarmente invalidante durante lo sviluppo fetale, al momento della differenziazione tissutale del sistema immunitario, determinando alterazioni a lungo termine, sia in senso immunodepressivo che ipersensibilizzante. Piccole variazioni nella dose e nel momento di esposizione possono causare effetti molto diversi negli animali, dalla maggiore vulnerabilità agli agenti infettivi alla induzione di fenomeni autoimmunitari ed allergie. Non è stato possibile evidenziare una soglia al di sotto della quale la diossina perda la propria immunotossicità: anche dosaggi al limite della sensibilità strumentale sembrano in grado di alterare la funzionalità immunitaria. Nel topo una singola somministrazione pari a 10 ng/kg p.v. causa un evidente aumento della mortalità in seguito ad esposizione al virus dell’influenza (Burleson, 1994). Il timo è uno degli organi più sensibili in assoluto all’azione della diossina: benchè esistano differenze di specie, il tessuto linfoide rappresenta un bersaglio molto sensibile in tutti gli animali studiati. La TCDD danneggia tanto l’immunità umorale che l’immunità cellulo-mediata. Anche il sistema del complemento è influenzato dall’esposizione alla diossina (White et al., 1986). Gli effetti sul timo e sulla immunità cellulo-mediata appaiono particolarmente specifici, in quanto insorgono a livelli di esposizione inferiori a quelli necessari per qualsiasi altra funzione immunitaria. Le lesioni al timo sono dirette, a carico dei timociti immaturi (linfociti della corticale), la cui evoluzione a linfociti T immunocompetenti viene bloccata. Il recettore AHR è particolarmente abbondante nelle cellule epiteliali della corticale, fatto che sembra giustificare la particolare sensibilità del timo alla diossina.
L’immunità umorale viene alterata attraverso una riduzione quantitativa delle immunoglubuline , anche a livelli di TCDD talmente bassi da non determinare alcun altro effetto.

Meccanismo d’azione

L’azione tossica della TCDD nei vari tessuti delle varie specie animali è mediata dall’azione del recettore cellulare AHR (Aryl Hydrocarbon Receptor), una proteina solubile intracellulare in grado di legarsi a numerose sostanze aromatiche, alogenate e non (figura 10). Gli atomi di cloro nelle quattro posizioni laterali, caratteristici della TCDD, conferiscono alla molecola la massima affinità con il recettore e, di conseguenza, la massima tossicità. L’affinità diminuisce al diminuire dei sostituenti Cl laterali e all’aumentare del numero totale dei sostituenti Cl. Il recettore AHR ( indicato anche come Ah) possiede caratteristiche biochimiche affini ai recettori per gli ormoni steroidi, anche se per ora non è stata individuata una molecola endogena specifica che vi corrisponda: la sua struttura è comunque molto simile a quella dei recettori per i glucocorticoidi. Allo stato libero è reperibile sia nel citosol che nel nucleo, apparentemente in condizioni di equilibrio (Denison et al., 1986a,c), complessato con almeno 3 proteine addizionali (Perdew, 1992). La diossina, che si trova nei tessuti allo stato libero, diffonde liberamente all’interno delle cellule (fig. 10), dove incontra il recettore ARH.
 

L’insieme TCDD/ARH subisce una serie di trasformazioni non ancora ben chiarite, ma che comportano il rilascio di hsp90 (“heath shock protein” da 90 kDa) e di altre proteine. Il complesso TCDD/ARH, attraverso queste trasformazioni, acquista la capacità di legarsi ad una proteina nucleare, chiamata ARNT (Ah Receptor Nuclear Translocator) (Dolwick, 1993; Hoffman, 1991). Il complesso che si viene a formare possiede una elevata affinità per alcune sequenze di DNA, le DRE (Dioxin Responsive Elements), situate nelle adiacenze del gene CYP1A1 che regola la sintesi del citocromo microsomale P-450 e l’attività della correlata monossigenasi AHH (Aryl Hydrocarbon Hydroxylase) (Withlock, 1990). I dati disponibili sembrano evidenziare altre attività del complesso TCDD-AHR, sui meccanismi di differenziazione e divisione cellulare, sulle interazioni con fattori di crescita, sul metabolismo di alcuni ormoni (es. aumento della deplezione epatica dell’ormone tiroideo T4 attraverso l’induzione dell’enzima UGT (UDP- glucuronosiltransferasi): l’insieme di queste azioni porta al manifestarsi di conseguenze assai diverse a seconda della specie animale, della razza, del sesso e dell’età del soggetto coinvolto, nonché del tipo di cellula esposta all’azione del tossico. Tuttavia, il complesso AHR-TCDD, da solo, assume unicamente il significato di elemento necessario ma non sufficiente ai fini di spiegare tutti gli effetti tossici delle diossine: infatti, spesso la disponibilità del recettore e la conseguente formazione del complesso non determinano di per sé tossicità. Elementi modulanti la risposta in animali e tessuti diversi sono rappresentati dal polimorfismo dei siti cromatinici per il complesso AHR-TCDD e dalla affinità dose dipendente di tali siti (Greig et al., 1984). Negli animali esposti cronicamente a dosi subletali di TCDD è possibile notare una marcata porfiria: le cause sembrano risiedere in due diversi tipi di meccanismi indotti dalla diossina negli epatociti. Il primo è rappresentato da un aumento dell’attività dell’acido aminolevulinico (ALA) sintetasi (Goldstein et al., 1973); il secondo consiste nella diminuzione dell’attività della porfinogeno decarbossilasi (Poland & Glover, 1973).
La TCDD appare coinvolta anche nel meccanismo di accumulo della vitamina A: molti degli effetti riscontrati negli animali in seguito all’esposizione a diossina sono sovrapponibili a quelli tipici conseguenti ad una carenza di vitamina A nella dieta (ritardo nell’accrescimento, cheratosi, lesioni epiteliali, immunosoppressione, ipofertilità e problemi teratologici) (Thunberg et al., 1980). In particolare, appaiono interessanti gli effetti sui tessuti epiteliali riguardanti il processo di cheratinizzazione. La vitamina A riveste un ruolo essenziale nei processi di differenziazione cellulare: una carenza può indurre la trasformazione di un epitelio ghiandolare in squamoso cheratinizzato, mentre il processo inverso può essere determinato da un eccesso di vitamina (Wolf, 1980). A livello molecolare, il meccanismo d’azione della vitamina A, nei tessuti epiteliali, consiste nel modulare la sintesi della cheratina, attraverso il controllo del corrispondente mRNA (Fuchs & Green, 1981). La TCDD è in grado di causare una forte deplezione della riserva epatica di vitamina A, provocandone la rapida escrezione nelle feci e nelle urine. Ciò sembra accadere soprattutto a causa delle conseguenze degli effetti tossici della diossina sull’epatocita, unitamente ad un effetto di interferenza sul meccanismo di accumulo della vitamina (Olson & Gunning, 1983).

Anatomia patologica

Il quadro anatomo-patologico presenta aspetti in comune in numerose specie animali, unitamente a tratti peculiari riscontrabili solo in alcune. In genere i reperti anatomo-patologici tipici dell'animale morto per intossicazione da diossine sono rappresentati da: 1) perdita pressochè totale del grasso corporeo; 2) aumento di peso e volume del fegato; 3) atrofia del timo. Nonostante i differenti effetti che PCDD e PCDF (pentaclorodibenzofurani) inducono nelle diverse specie, ma anche intra-specie, gli isomeri più tossici (ad esempio i sostituiti con Cl nelle posizioni 2,3,7 e 8) causano effetti sovrapponibili: il potenziale tossico degli isomeri sembra dipendere dall’idoneità più o meno spiccata ad unirsi con il recettore AHR. L’interazione del complesso isomero-recettore con il DNA cellulare induce l’espressione di geni diversi. A seconda del tipo cellulare coinvolto, si potranno avere conseguenze degenerative o proliferative (Poland & Knutson, 1982). In condizioni reali, gli animali possono essere esposti a miscele molto differenti di PCDD e PCDF, a concentrazioni diverse, per intervalli di tempo variabili ed attraverso vie di assunzione differenti: questi fatti, unitamente alle differenze nel metabolismo di queste sostanze nelle varie specie, porta ad un insieme di lesioni anatomo-patologiche complesso. Le osservazioni seguenti si riferiscono a lesioni ricontrate nei medesimi distretti in specie differenti, in occasione di autopsie eseguite in seguito ad episodi di intossicazione accidentale (per la maggior parte in relazione all’episodio di contaminazione di Times Beach nel 1971, del quale le tabelle 3 e 4 e le figure dalla 12 alla 19 mostrano i dati riassuntivi), oppure ad intossicazioni sperimentali.

Lesioni epatiche

Le lesioni epatiche riscontrabili nel ratto consistono in un rigonfiamento del reticolo endoplasmatico liscio e nell’aumento del contenuto lipidico degli epatociti. Sono inoltre presenti numerose cellule multinucleate per fusione del citoplasma. Nel pollo prevalgono invece steatosi e degenerazione ialina. Nel cavallo, nel gatto e nei piccoli ruminanti è possibile notare una evidente iperplasia dei dotti biliari, accompagnata da focolai di necrosi nelle zone centrolobulari, con una elevata quantità di cellule del Kupffer sature di emosiderina. Attorno alle vene centrolobulari è presente notevole fibrosi, che appare invece limitata alla periferia del lobulo, con un aspetto che ricorda le forme croniche veno-occlusive nell’uomo (Kimbrough R.D. et al., 1977). L’esame del tessuto epatico di bovini, polli, oche ed anatre muschiate, contaminati nell’episodio di Seveso, ha evidenziato nel citoplasma evidenti ammassi di reticolo endoplasmatico ruvido e liscio, con mitocondri rigonfi e granuli di emosiderina. I nuclei si presentavano con indentazioni e cisterna perinucleare leggermente dilatata (Pellegrini, 1982). L’esposizione cronica subletale alla TCDD provoca un accumulo di porfirine nel fegato ed un incremento dell’escrezione urinaria di queste sostanze. Nei casi conclamati, l’accumulo di porfirine si estende anche alla milza ed ai reni. Nel ratto una marcata porfiria è riscontrabile dopo 8 mesi di esposizione ad una dose di 1 mg/kg p.v. per settimana.

Lesioni renali e dell’apparato urinario

Reperti anatomo-patologici che coinvolgano reni ed apparato urinario sono stati descritti solo in occasione di avvelenamento da diossine, con esito letale, in cavalli da maneggio e gatti domestici (Kimbrough et al., 1977). Nel gatto sono stati reperiti cambiamenti degenerativi, specialmente a carico dell’epitelio dei tubuli; in un caso è stato possibile riscontrare anche fibrosi e focolai flogistici nell’interstizio. I cavalli, tutti Quarter Horses, mostravano un quadro di nefrite interstiziale acuta, con segni di degenerazione a carico dell’apitelio tubulare e dilatazione dei glomeruli, nonchè una disseminazione di microascessi.