Botulismo

Cause

Quali sono le cause del Botulismo?

Il botulismo è causato dall’azione sistemica delle neurotossine botuliniche (botulinum neurotoxins, BoNTs), potenti esotossine proteiche prodotte da batteri anaerobi sporigeni del genere Clostridium, in particolare Clostridium botulinum, e più raramente Clostridium baratii e Clostridium butyricum. La malattia non è dovuta, nella maggior parte dei casi, all’invasione tissutale del microrganismo, bensì all’assorbimento e alla diffusione ematica della tossina, che esercita un effetto altamente selettivo sulla trasmissione neuromuscolare (Sobel, 2005; Rossetto et al., 2014).

Dal punto di vista eziologico, quindi, il botulismo è primariamente una intossicazione neurotossica, con caratteristiche patogenetiche peculiari che lo distinguono dalle comuni infezioni batteriche sistemiche.

Il batterio: Clostridium botulinum

Clostridium botulinum è un bacillo Gram-positivo, anaerobio obbligato, sporigeno, ampiamente diffuso nell’ambiente naturale. Le spore del batterio sono ubiquitarie e possono essere isolate dal suolo, dai sedimenti marini e fluviali, dalle polveri ambientali e dal tratto intestinale di animali e pesci (Peck, 2009).

Dal punto di vista microbiologico, C. botulinum non rappresenta un’entità omogenea, ma un gruppo eterogeneo di ceppi classificati in base alle caratteristiche biochimiche e, soprattutto, alla tossina prodotta. Sono riconosciuti diversi gruppi fisiologici (I–IV) e sette sierotipi principali di tossina (A–G), di cui A, B, E e raramente F sono responsabili della quasi totalità dei casi di botulismo umano (Peck, 2009; Rossetto et al., 2014).

Le spore di C. botulinum sono altamente resistenti a condizioni ambientali sfavorevoli (calore, essiccamento, agenti chimici) e possono sopravvivere per anni. In condizioni anaerobiche favorevoli — come alimenti conservati impropriamente — le spore germinano in forme vegetative capaci di produrre la tossina.

La vera causa: le neurotossine botuliniche

Le neurotossine botuliniche (BoNTs) rappresentano l’elemento causale diretto del botulismo. Si tratta di proteine a due catene (una catena pesante e una leggera), legate da un ponte disolfuro, con un peso molecolare di circa 150 kDa. La loro potenza biologica è estrema: dosi dell’ordine di nanogrammi sono sufficienti a determinare effetti clinici gravi nell’uomo (Sobel, 2005; Rossetto et al., 2014).

Ogni sierotipo di tossina (A–G) possiede una specificità molecolare distinta per i bersagli intracellulari, ma il risultato funzionale è comune: l’inibizione del rilascio di acetilcolina a livello della giunzione neuromuscolare.

La contrazione muscolare

Prima di descrivere come agisce la tossina botulinica, riteniamo utile riassumere brevemente quale sia il processo fisiologico normale della contrazione muscolare. Perché un muscolo si contragga, l’impulso nervoso deve arrivare alla terminazione presinaptica del motoneurone; una vescicola sinaptica contenente il neurotrasmettitore acetilcolina deve avvicinarsi alla membrana presinaptica; la vescicola deve fondersi con la membrana; l’acetilcolina a questo punto diffonde nello spazio sinaptico.

La fusione vescicola-membrana non è spontanea, ma richiede un apparato molecolare altamente specializzato. Il complesso SNARE (Soluble N-ethylmaleimide-Sensitive Factor Attachment Protein Receptor) è un insieme di proteine intracellulari che funziona come una cerniera tra la vescicola sinaptica e la membrana presinaptica.

Le principali proteine SNARE coinvolte nella giunzione neuromuscolare comprendono:

• SNAP-25 (Synaptosomal-Associated Protein) sulla membrana presinaptica;
• sintaxina, sulla membrana presinaptica;
• sinaptobrevina (VAMP), sulla vescicola sinaptica.

Queste proteine si avvolgono tra loro formando un complesso stabile, avvicinano fisicamente le due membrane e rendono possibile la fusione della vescicola e il rilascio di acetilcolina. Senza il complesso SNARE, la vescicola non può rilasciare il neurotrasmettitore.

Cosa fa la tossina botulinica

Il meccanismo d’azione della tossina botulinica può essere riassunto nei seguenti passaggi (Montecucco, Molgó, 2005):

• La tossina si lega selettivamente alle terminazioni presinaptiche dei motoneuroni colinergici. Questo legame avviene tramite recettori gangliosidici e proteici specifici localizzati sulla membrana neuronale.
• Dopo il legame, la tossina
• viene internalizzata per endocitosi mediata da recettore. L’acidificazione della vescicola endocitica induce un cambiamento della conformazione della catena pesante, che consente il passaggio della catena leggera nel citosol neuronale.
• La catena leggera della tossina, dotata di attività proteasica, taglia (cliva) specifiche proteine del complesso SNARE, essenziali per la fusione delle vescicole sinaptiche contenenti acetilcolina con la membrana presinaptica. Il clivaggio di fatto impedisce la formazione del complesso SNARE che pertanto perde la sua funzione. A seconda del sierotipo della tossina vengono tagliate specifiche proteine: SNAP-25 (tossina botulinica A e E), sinaptobrevina (tossina botulinica B, D, F, G), sintaxina (tossina botulica C).
• il risultato finale è il blocco irreversibile del rilascio di acetilcolina nello spazio sinaptico con interruzione della trasmissione dell’impulso nervoso al muscolo scheletrico (Rossetto et al., 2014).

Il blocco colinergico periferico determina una serie di effetti fisiopatologici caratteristici:

• paralisi flaccida per inattivazione funzionale della placca neuromuscolare;
• simmetria del deficit per distribuzione sistemica della tossina;
• andamento discendente dei sintomi, probabilmente correlato alla maggiore suscettibilità dei nervi cranici;
• assenza di deficit sensitivi, poiché le fibre sensitive non sono colinergiche;
• assenza di alterazioni dello stato di coscienza.

Il coinvolgimento dei muscoli respiratori rappresenta la principale causa di insufficienza respiratoria acuta e di mortalità nei casi non trattati (Sobel, 2005).

Perchè il blocco della trasmissione neuromuscolare è potente e duraturo

Un aspetto chiave della fisiopatologia del botulismo è che il danno neuronale non è strutturale ma funzionale. La tossina non distrugge il neurone, ma ne blocca temporaneamente la funzione.

Il recupero clinico avviene attraverso:

• neoformazione di terminazioni nervose collaterali;
• rigenerazione delle proteine SNARE;
• progressivo ripristino della trasmissione neuromuscolare.

Questo processo è lento e spiega perché il recupero possa richiedere settimane o mesi, anche in pazienti adeguatamente trattati.

Poiché la tossina botulinica non blocca un recettore (come farebbe ad esempio un farmaco), ma distrugge fisicamente una proteina essenziale, l’antitossina botulinica funziona prima che la tossina entri nei neuroni, è efficace cioè solo nel neutralizzare la tossina libera circolante e non è in grado di invertire il danno già instaurato a livello sinaptico (nel breve termine il danno è funzionalmente irreversibile), aspetto cruciale per comprendere l’importanza del trattamento precoce (Sobel, 2005; Rossetto et al., 2014).

Correlazioni clinico-fisiopatologiche

La fisiopatologia del botulismo consente di interpretare alcuni elementi clinici distintivi:

• la precoce compromissione dei nervi cranici (ptosi, diplopia, disfagia);
• la progressione discendente della paralisi;
• la preservazione della sensibilità;
• la mancata risposta agli stimoli colinergici;
• la necessità di supporto ventilatorio prolungato nei casi gravi.

Queste caratteristiche rendono il botulismo una condizione unica nel panorama delle malattie neurologiche acute e ne giustificano la classificazione come emergenza neurotossicologica.

Modalità causali di esposizione alla tossina

Sebbene la tossina sia il fattore causale comune, il meccanismo attraverso cui l’organismo entra in contatto con la BoNT varia a seconda della forma clinica di botulismo. Questo meccansmo puo essere gastrointestinale (botulismo alimentare), intestinale endogeno dopo produzione in vivo (botulismo infantile e da colonizzazione intestinale dell’adulto), tissutale (ferita contaminata), respiratorio (inalazione aerosolica).

Una volta assorbita, la tossina entra nel circolo sistemico e viene distribuita selettivamente alle terminazioni colinergiche periferiche, in particolare alle giunzioni neuromuscolari, senza attraversare la barriera emato-encefalica. Questo aspetto spiega l’assenza di coinvolgimento diretto del sistema nervoso centrale e la preservazione dello stato di coscienza (Sobel, 2005, Montecucco, Molgó, 2005).

Botulismo alimentare

Nel botulismo alimentare, la causa immediata è l’ingestione di tossina preformata presente in alimenti contaminati. La tossina viene prodotta nel cibo prima del consumo, in condizioni che favoriscono la crescita del batterio: ambiente anaerobico, bassa acidità (pH >4,6), assenza di conservanti efficaci e temperature di conservazione inadeguate.

Tipicamente coinvolti sono alimenti conservati in modo domestico o artigianale, come conserve vegetali in olio o salamoia, prodotti ittici fermentati o affumicati, e carni conservate impropriamente (Sobel, 2005; Peck, 2009).

Botulismo infantile

Nel botulismo infantile, la causa non è l’ingestione di tossina preformata, ma l’ingestione di spore che germinano nell’intestino del lattante. L’immaturità della flora intestinale e dei meccanismi di difesa consente la colonizzazione transitoria da parte di C. botulinum, con produzione di tossina in vivo. Il miele rappresenta una fonte riconosciuta di spore, motivo per cui è controindicato nei bambini sotto l’anno di età (Sobel, 2005).

Botulismo da colonizzazione intestinale nell’adulto

Il botulismo da colonizzazione intestinale nell’adulto è una forma estremamente rara di botulismo umano, caratterizzata dalla produzione endogena di tossina botulinica nel lume intestinale in soggetti adulti, in assenza di ingestione di tossina preformata. Dal punto di vista causale, il meccanismo è analogo a quello del botulismo infantile, ma si verifica in presenza di fattori predisponenti specifici che alterano l’ecosistema intestinale normale (Sobel, 2005).

Le condizioni più frequentemente associate includono chirurgia gastrointestinale, malattie infiammatorie croniche intestinali, terapia antibiotica prolungata, immunodepressione e anomalie anatomiche del tratto digerente. In questi contesti, le spore di Clostridium botulinum possono germinare e colonizzare transitoriamente l’intestino, producendo tossina in vivo, che viene assorbita a livello sistemico (Chatham-Stephens et al., 2017).

Dal punto di vista eziologico, questa forma dimostra come la causa del botulismo non sia necessariamente l’ingestione diretta della tossina, ma possa derivare dalla produzione endogena in un ospite suscettibile.

Botulismo da ferita

Nel botulismo da ferita, la causa è la contaminazione di una ferita profonda con spore di C. botulinum. In ambiente anaerobico, il batterio produce la tossina localmente, che successivamente entra nel circolo sistemico. Questa forma è stata descritta con maggiore frequenza in soggetti che fanno uso di droghe iniettive, ma può verificarsi in qualsiasi ferita contaminata (Sobel, 2005).

Botulismo iatrogeno

Il botulismo iatrogeno è dovuto a somministrazione eccessiva o diffusione sistemica accidentale di tossina botulinica utilizzata a scopo terapeutico o estetico. Sebbene raro, rappresenta una causa riconosciuta di botulismo nei Paesi con ampio utilizzo medico della tossina (Carruthers, Carruthers, 2007).

Botulismo da inalazione

Il botulismo da inalazione è una forma eccezionale e non naturale di botulismo, causata dall’inalazione di aerosol contenenti tossina botulinica. Non sono documentati casi di botulismo da inalazione associati a esposizioni alimentari o ambientali naturali; questa modalità di esposizione è stata studiata principalmente in contesti sperimentali, incidenti di laboratorio e scenari di bioterrorismo (Arnon et al., 2001).

Dal punto di vista causale, la tossina inalata viene assorbita attraverso l’epitelio respiratorio, entra rapidamente nel circolo sistemico e raggiunge le giunzioni neuromuscolari, esercitando il medesimo meccanismo d’azione delle altre forme di botulismo. L’assenza di sintomi gastrointestinali e la rapida comparsa di segni neurologici possono rappresentare indizi clinici distintivi (Arnon et al., 2001).

La rilevanza di questa forma non risiede nella sua frequenza, ma nel potenziale impatto sulla salute pubblica, motivo per cui il botulismo è incluso tra le malattie di categoria A nei programmi di sanità pubblica del Centers for Disease Control and Prevention (CDC) statunitensi (Arnon et al., 2001).

Cause predisponenti

La sola presenza delle spore non è sufficiente a causare botulismo. Sono necessari fattori predisponenti che favoriscano la produzione o l’assorbimento della tossina, tra cui:

• condizioni anaerobiche;
• pH non sufficientemente acido;
• alterazioni della flora intestinale (nel botulismo infantile e da colonizzazione intestinale);
• pratiche alimentari non sicure;
• ferite profonde o necrotiche.

Questi fattori spiegano perché il botulismo rimanga una malattia rara nonostante l’ampia diffusione ambientale delle spore.