Fisiopatología General PDF

Fisiopatología general Fisiopatología general Páginas: 508 FISIOPATOLOGÍA GENERAL Número de páginas 508 © FP ESTUDIOS ISBN: 978-84-120588-8-8 Depósito Legal: AS-00485-2021 Registro de la propiedad: 13521544077666611752 El siguiente documento está elaborado en base al Real Decreto que regula los contenidos del ciclo formativo del que esta obra forma parte: TÉCNICO SUPERIOR EN LABORATORIO CLÍNICO Y BIOMÉDICO Todos los derechos reservados. No se permite la reproducción total o parcial de esta obra, ni su incorporación a un sistema informático, ni su transmisión en cualquier forma o por cualquier medio sin autorización del titular. La infracción de dichos derechos puede constituir un delito contra la propiedad intelectual. Impreso en España- Printed in Spain Índice ÍNDICE 1. Reconocimiento de la estructura y organización general del organismo humano........................................................................................................ 5 1.1. Análisis de la estructura jerárquica del organismo............................... 5 1.2. Citología (biología celular)............................................................................. 16 1.3. Histología............................................................................................................. 45 1.4. Clasificación de los sistemas y aparatos del organismo...................... 80 1.5. Topografía corporal.......................................................................................... 84 2. Identificación del proceso de desarrollo de la enfermedad............................ 99 2.1. Alteración de la función y estructura normal de la célula.................. 101 2.2. Semiología........................................................................................................... 109 2.3. Fases y evolución de la enfermedad. Complicaciones e incidencias de la enfermedad....................................................................... 110 2.4. El proceso diagnóstico.................................................................................... 113 2.5. Recursos terapéuticos...................................................................................... 117 2.6. Terminología clínica......................................................................................... 118 3. Reconocimiento de los trastornos del sistema inmunitario............................ 127 3.1. Inmunidad natural y específica.................................................................... 129 3.2. Células del sistema inmunitario................................................................... 135 3.3. Citocinas............................................................................................................... 138 3.4. Anticuerpos......................................................................................................... 140 3.5. Complejo mayor de histocompatibilidad................................................. 142 3.6. Trastornos del sistema inmunitario............................................................ 144 3.7. Inmunización activa y pasiva........................................................................ 151 4. Identificación de las características de las enfermedades infecciosas......................................................................................................................... 169 4.1. Agentes infecciosos.......................................................................................... 172 4.2. Respuesta inflamatoria.................................................................................... 183 4.3. Inflamación aguda. Patrones morfológicos de inflamación aguda............................................................................................ 185 4.4. Inflamación crónica y cicatrización............................................................. 198 4.5. Principales enfermedades infecciosas humanas................................... 203 4.6. Terapéutica infecciosa..................................................................................... 220 5. Identificación del proceso de desarrollo tumoral............................................... 237 5.1. Biología molecular del cáncer....................................................................... 240 5.2. Epidemiología de las neoplasias.................................................................. 246 5.3. Bases moleculares del cáncer....................................................................... 254 5.4. Biología del crecimiento tumoral................................................................ 260 5.5. Carcinógenos...................................................................................................... 265 3 Fisiopatología general 5.6. Defensa frente a tumores............................................................................... 270 5.7. Manifestaciones locales y generales de los tumores............................ 277 5.8. Gradación y estadificación del tumor........................................................ 281 5.9. Prevención, diagnóstico y tratamiento..................................................... 284 5.10. Neoplasias malignas más frecuentes......................................................... 295 6. Reconocimiento de las manifestaciones de enfermedades de los grandes sistemas del organismo............................................................................... 311 6.1. Enfermedades del aparato respiratorio..................................................... 311 6.2. Enfermedades del aparato cardiovascular............................................... 323 6.3. Enfermedades del aparato digestivo......................................................... 330 6.4. Enfermedades del aparato renal y las vías urinarias............................. 339 7. Reconocimiento de trastornos hemodinámicos y vasculares........................ 363 7.1. Hemostasia y coagulación............................................................................. 364 7.2. Formación de trombos y émbolos.............................................................. 369 7.3. Trombosis arterial y venosa........................................................................... 371 7.4. Fisiopatología del edema............................................................................... 381 7.5. Síndrome coronario agudo (SCA)................................................................ 383 7.6. Enfermedades relacionadas con alteraciones del flujo sanguíneo............................................................................................................ 387 7.7. Hipertensión arterial (HTA)............................................................................ 391 8. Reconocimiento de trastornos endocrino-metabólicos y de la alimentación..................................................................................................................... 405 8.1. Diagnóstico nutricional................................................................................... 415 8.2. Fisiopatología del metabolismo de la glucosa: Diabetes Mellitus (DM)....................................................................................................... 421 8.3. Alteraciones del metabolismo de los lípidos.......................................... 427 8.4. Hormonas. Altearaciones encodrinas más frecuentes......................... 438 8.5. Principales glándulas endocrinas................................................................ 457 4 1. Reconocimiento de la estructura y organización general del organismo humano 1. R econocimiento de la estructura y organización general del organismo humano Análisis de la estructura 1.1. jerárquica del organismo 1. La investigación de la composición corporal es una rama de la biología humana que dispone de tres áreas interconectadas: niveles de com- posición corporal y sus reglas organizativas, técnicas de medición y factores biológicos (influyen en la composición corporal). 5 Fisiopatología general Al hablar de estructura y composición del organismo, se estable- cen, —desde los estudios de Zi-Mian Wang y cols., publicados en 1992—una serie de divisiones del cuerpo humano, en relación a sus constituyentes: Nivel 1: Atómico: Hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, carbono, minerales. Nivel 2: Molecular: Agua, proteínas, lípidos, hidroxiapatita. Nivel 3: Celular: Intracelular, extracelular. Nivel 4: Anatómico: Tejidos muscular, adiposo, óseo, piel, órganos y vísceras. Nivel 5: Cuerpo entero: Masa corporal, volumen corporal, densidad corporal. Aunque cada nivel y sus múltiples compartimentos son distintos, exis- ten conexiones bioquímicas y fisiológicas de modo que el modelo es coherente y funciona como un todo. 1.1.1. Niveles atómico y molecular Los constituyentes fundamentales de toda la materia son los átomos, cuya clasificación se encuentra, sistematizada, en la tabla periódica de elementos de Mendeleev. Un elemento, por tanto, es una sustancia fundamental que consta de una sola clase de átomos. Seis de estos elementos (oxígeno, carbono, hidrógeno, nitrógeno, cal- cio y fósforo) representan más del 98% del peso corporal total. El nivel atómico es la base del análisis de la composición corporal y el punto de partida para los cinco niveles. Los elementos se combinan formando moléculas que dan lugar a compuestos químicos. Estos se pueden agrupar en agua (el más 6 1. Reconocimiento de la estructura y organización general del organismo humano abundante constituyendo, aproximadamente, el 60% del peso corporal de un adulto), lípidos, proteínas, hidratos de carbono (almacenados como glucógeno, principalmente), ácidos nucleicos y minerales (com- puestos inorgánicos representados por elementos metálicos como cal- cio, sodio y potasio y no metálicos como oxígeno, fósforo y cloro). 1.1.2. Nivel celular Se presume que las primeras células surgieron hace unos 3.500-3.800 millones de años y que obtenían su energía por medio de la nutrición heterótrofa. El término célula fue acuñado, en 1665, por el inglés Robert Hooke al observar, bajo la lente de un microscopio rudimentario, las «celdillas» constituyentes del corcho y otros tejidos vegetales (que correspondían, en realidad, a restos celulares y no a células vivas)1. En 1674, Antony van Leeuwenhoek, comerciante holandés de telas y aficionado a pulir lentes, describió que la sangre estaba compuesta por diminutos glóbu- los que fluían a lo largo de delgados capilares y realizó observaciones de diversos «animalículos» u organismos microscópicos, a menudo unicelulares, que hoy se conocen como microorganismos. El siglo XIX es el verdadero punto de partida para el estudio de la célula y su función, que se desarrolló paralelamente a los avances en micros- copía. En 1839, el botánico Matthias Schleiden y el zoólogo Theodor Schwann enunciaron el postulado básico de la teoría celular, según el cual todos los seres vivos, vegetales y animales, están formados por cé- lulas, a las que consideraron unidades vitales fundamentales. Estudios posteriores completaron la teoría. Así, en 1855, el patólogo Rudolf Virchow estableció que todas las células proceden de otras preexistentes. Postulados de la teoría celular (Matthias J. Schleiden y Friedrich T. Schwann, 1839; Rudolf Virchow, 1855): 1 Del latín cella, que significa «habitación pequeña» 7 Fisiopatología general Todos los seres vivos se componen de una (organismos unicelula- res) o más células (organismos pluricelulares). Es decir, la célula es la unidad morfológica. La célula es la unidad funcional (anatómica y fisiológica) de los seres vivos porque, independientemente del organismo al cual se haga referencia, es en ella donde tienen lugar las reacciones quími- cas necesarias para la vida. La célula es la unidad genética ya que contiene el material gené- tico, permitiendo así la transferencia hereditaria de generación en generación. Toda célula procede de otra preexistente (omnis cellula ex cellula). La teoría celular se confirma de manera definitiva cuando Santiago Ramón y Cajal la extiende al tejido nervioso, demostrando —en 1888— que las neuronas que se hallan en el mismo son, también, sus unidades celulares elementales. El ser humano posee más de 10 billones de células. Todas ellas tienen componentes comunes: Membrana plasmática: las aísla del medio circundante (medio ex- tracelular) y constituye la «barrera selectiva» para el intercambio de sustancias con el exterior. Citoplasma, que contiene «elementos» imprescindibles para su co- rrecto funcionamiento. Información genética codificada en macromoléculas (ADN y ARN), así como ribosomas implicados en la síntesis proteica. A pesar de compartir esas características esenciales, no todas las célu- las presentan el mismo nivel de complejidad, pudiéndose distinguir dos modelos diferentes de organización: procariotas (no tienen núcleo como tal)2 y eucariotas (cuentan con un núcleo separado del citoplasma por una membrana o envoltura). Las procariotas fueron la primera forma de vida en la Tierra y son más «simples» y pequeñas que las eucariotas. 2 En las procariotas, el material genético ocupa un nucleoide, región del citoplasma que no está encerrada por una membrana. 8 1. Reconocimiento de la estructura y organización general del organismo humano En el caso de organismos unicelulares, las células —en ocasiones— se asocian formando colonias, pero no llegan a establecer relaciones fisio- lógicas entre ellas; es decir, no hay tejidos ni distribución de funciones entre los distintos tipos de células. Son organismos unicelulares todos los procariotas y algunos eucariotas (determinadas algas, algunos hongos o todos los protozoos). Por otra parte, los organismos pluricelulares, son aquellos constituidos por muchas células que se agrupan para formar tejidos3. Son, siem- pre, células eucariotas y, en la mayoría de los casos, aparecen tejidos bien desarrollados (conjuntos de células que realizan una misma ac- tividad y tienen el mismo origen). Los tejidos se agrupan en órganos y los órganos en aparatos o sistemas. Un aparato es un conjunto de órganos que pueden proceder de tejidos diferentes, pero que actúan de manera coordinada con objeto de realizar una función fisiológica con- creta (circulatorio, respiratorio, reproductor, etc.); mientras, un sistema es el conjunto de órganos formados por el mismo tipo de tejido, tam- bién con la misión de llevar a cabo una determinada función fisiológica (nervioso, endocrino, inmune, etc.) De este modo, los seres humanos, como ya hemos comentado (vid. supr.), están estructurados en niveles de organización de complejidad creciente, hasta alcanzar la categoría de organismo. Sean procariotas o eucariotas, todas las células realizan las tres fun- ciones vitales: nutrición, relación y reproducción; por ello se define la célula como unidad vital, es decir, el ser vivo más pequeño que realiza las funciones vitales. Nutrición: capacidad de captar materia y/o energía del medio y transformarla en materia y energía propia. Relación: capacidad de captar y responder a estímulos del medio o de otras células. Reproducción: capacidad de duplicar su material genético y trans- mitirlo a las células hijas. 3 Aunque no haya verdaderos tejidos o estos no estén bien diferenciados, se establecen relaciones fisiológicas entre las células y aparece, al menos, la división entre células somáticas y reproductoras. 9 Fisiopatología general 1.1.3. Nivel anatómico La anatomía es el contexto (estructura) en que ocurren los fenómenos (funciones) vitales. La anatomía regional o topográfica considera la organización del cuer- po humano en función de sus partes principales: una parte principal, compuesta por cabeza, cuello y tronco (subdividido en tórax, abdomen, dorso y pelvis), y las parejas de miembros superiores e inferiores. Todas las partes pueden subdividirse en áreas y regiones4. 4 La anatomía regional es, por tanto, el método que se emplea para estudiar la estructura del organismo centrando la atención en una determinada parte, área o región. 10 1. Reconocimiento de la estructura y organización general del organismo humano Todas las descripciones anatómicas se expresan en relación con una posición constante, para garantizar que no haya ambigüedad. La posi- ción anatómica se refiere a la posición del cuerpo con el individuo de pie (en bipedestación), con: La cabeza, la mirada (ojos) y los dedos de los pies dirigidos hacia delante. Los brazos adosados a los lados del cuerpo con las palmas hacia delante. Los miembros inferiores juntos, con los pies paralelos. Planos anatómicos. Las descripciones anatómicas se basan en planos virtuales (sagital, frontal y horizontal) que cruzan el organismo en la po- sición anatómica: Plano medio: plano vertical que atraviesa —longitudinalmente— la línea media de la cabeza, el cuello y el tronco, dividiendo al cuerpo en mitad derecha e izquierda. Los planos sagitales son planos verticales que atraviesan el cuerpo de forma paralela al plano medio. Plano frontal (coronal) plano vertical que atraviesa el cuerpo for- mando un ángulo recto con el plano medio y lo divide en 2 partes: anterior (frontal) y posterior (dorsal). Plano horizontal (axial): atraviesa el cuerpo formando un ángulo recto con los planos medio y frontal, y lo dividen en dos partes: supe- rior e inferior. Dado que el número de planos sagitales, frontales y axiales es ilimitado, es necesario emplear un punto de referencia (habitualmente uno visible o palpable, o un nivel vertebral) para identificar la localización o el nivel del plano. 11 Fisiopatología general Términos de relación y comparación. Describen relaciones entre las partes del cuerpo o comparan la posición de dos estructuras, una con respecto a la otra. Superior: estructura más próxima al vértex o parte más elevada del cráneo. Craneal se refiere al cráneo y es útil para indicar la direc- ción, es decir, hacia el cráneo. Inferior: estructura situada más cerca de la planta de los pies. Caudal: término direccional, que indica hacia los pies o la región del cóccix5. 5 Pequeño hueso situado en el extremo inferior (caudal) de la columna vertebral. 12 1. Reconocimiento de la estructura y organización general del organismo humano Posterior (dorsal): superficie dorsal del cuerpo o más próximo a ella. Anterior (ventral); indica la superficie frontal del cuerpo. Rostral se utiliza a menudo, en vez de anterior, al describir partes del cerebro; en el ser humano indica más cercano a la parte anterior de la cabeza. Medial, se emplea para indicar que una estructura está más próxi- ma al plano medio del cuerpo. Por el contrario, lateral indica que está más alejada de ese plano. La superficie de las manos y los pies, y de los dedos de ambos, co- rrespondiente al dorso es la superficie dorsal; la correspondiente a la palma es la superficie palmar, y la superficie de los pies y de sus dedos correspondiente a la planta es la superficie plantar. 13 Fisiopatología general Otros términos de relación y comparación son independientes de la po- sición o de los planos anatómicos, estando en relación a la superficie corporal o su núcleo central: Superficial, intermedio y profundo se refieren a la posición de es- tructuras con respecto a la superficie del cuerpo, o a la relación de una estructura con otra subyacente o suprayacente. Externo significa fuera, o más lejos, del centro de un órgano o cavidad, mientras que interno significa dentro, o más próximo, del centro, independientemente de la dirección. Proximal y distal se usan al comparar posiciones más próximas o más lejanas, respectivamente, de la raíz de un miembro. Términos de movimiento. La mayoría de movimientos se definen con respecto a la posición anatómica; ocurren en torno a ejes alinea- dos con planos anatómicos específicos. La flexión indica doblamiento o disminución del ángulo entre los huesos o partes del cuerpo. Para las articulaciones por encima de la rodilla, la flexión indica movimiento en una dirección anterior. La extensión indica enderezamiento o aumento del ángulo entre los huesos o partes del cuerpo6. La extensión suele producirse en una dirección posterior7. La flexión dorsal (dorsiflexión) describe la fle- xión que se produce al subir una cuesta o al levantar del suelo la parte anterior del pie y los dedos. La flexión plantar dobla el pie y los dedos hacia el suelo, como al ponerse de puntillas. Excepto en los dedos, abducción significa alejamiento del plano medio, y aducción indica el movimiento opuesto, de acercamiento hacia el cuerpo. 6 La extensión de un miembro, o de parte de él, más allá de los límites normales — hiperextensión— puede producir lesiones 7 La articulación de la rodilla, rotada 180º en relación con otras articulaciones, constituye una excepción ya que la flexión se realiza con un movimiento posterior, y la extensión con uno anterior. 14 1. Reconocimiento de la estructura y organización general del organismo humano La flexión lateral (inclinación lateral) a derecha o izquierda es una forma especial de abducción que se da sólo en cuello y tronco. La cara y la parte superior del tronco se dirigen anteriormente, mien- tras la cabeza y/o los hombros se inclinan hacia la derecha o la izquierda, con lo cual la línea media del cuerpo se dobla lateralmen- te. Es un movimiento compuesto. El dedo pulgar se halla rotado 90º en relación con los otros dedos de la mano. Por lo tanto, su flexión y extensión se realizan en el plano frontal, y la abducción y aducción en el plano medio. La circunducción es un movimiento circular en una secuencia de flexión, abducción, extensión y aducción (o en el sentido opuesto), de tal modo que el extremo distal de la parte se desplaza en círculo. Puede ocurrir en cualquier articulación en que sean posibles todos estos movimientos (p. ej., hombro y cadera). La rotación indica el giro de una parte del cuerpo en torno a su eje longitudinal. La rotación medial (rotación interna) acerca la superfi- cie anterior de un miembro al plano medio, mientras que la rotación lateral (rotación externa) aleja la superficie anterior del plano medio. La pronación gira el radio medialmente, de modo que la palma de la mano mira posteriormente y el dorso anteriormente. Cuando la articulación del codo está flexionada, la pronación mueve la mano de modo que la palma mira hacia abajo (p. ej., al poner las manos planas sobre la mesa). La supinación es el movimiento rotatorio opuesto. Cuando el codo está flexionado, la supinación mueve la mano de modo que la palma mira hacia arriba. 15 Fisiopatología general 1.2. Citología (biología celular) 1.2.1. Estructura de la célula Las células humanas son eucariotas y presentan una estructura bási- ca, que está compuesta por: Membrana Plasmática: delimita a la célula y su función primordial consiste en regular el transporte e intercambio de sustancias con el medio exterior. Constituida, desde un punto de vista químico, por una bicapa lipí- dica, con los grupos polares orientados al exterior y las cadenas de hidrocarburos dirigidas hacia dentro. Citoplasma, en que se localizan orgánulos con distintas funciones (nutrición, respiración, almacenamiento, etc.) y está ocupado por un entramado de filamentos proteicos que compone el citoesqueleto, implicado en los movimientos intracelulares y la división celular. Núcleo, delimitado por una doble membrana o envoltura. En su interior se encuentra la cromatina, constituida por ADN asociado a histonas. La membrana nuclear tiene poros que comunican el nu- cleoplasma y el citoplasma En ocasiones, rodeando a la membrana plasmática, existe una pared celular rígida, compuesta fundamentalmente de celulosa en células vegetales y de quitina en algunos hongos. 16 1. Reconocimiento de la estructura y organización general del organismo humano Comparación entre células procariotas y eucariotas Características comunes a ambos tipos Membrana plasmática. Información genética codificada en DNA usando un código genético idéntico. Mecanismos semejantes para transcripción y traducción de información genética. Vías metabólicas compartidas y almacenamiento de energía química en forma de ATP. Filamentos del citoesqueleto construidos con proteínas similares. Características de eucariotas que no se encuentran en procariotas División en núcleo y citoplasma, separados por una envoltura nuclear que contiene poros. Cromosomas complejos compuestos por DNA y proteínas asociadas. Organelas citoplasmáticas membranosas complejas. Organelas citoplasmáticas especializadas en respiración aerobia (mitocondrias) y fotosíntesis (cloroplastos). División celular usando un microtúbulo que contiene un huso mitótico que separa los cromosomas. Capacidad de ingerir material particulado por vesículas de membrana (fagocitosis). Presencia de 2 copias del genoma por célula (diploidía), una de cada progenitor. Reproducción sexual 1.2.2. Matriz Extracelular (MEC) Red de polisacáridos y proteínas que rodea a las células. Constituye el medio con el que se relacionan. 17 Fisiopatología general Es un «invento» esencial en los organismos pluricelulares ya que per- mite la adhesión de las células para formar tejidos. No obstante, con el tiempo ha adquirido más funciones: mantiene la integridad de los tejidos aportándoles propiedades mecánicas, mantiene —e influye en— la morfología celular, permite la comunicación intercelular, etc.8 Las propiedades de algunos tejidos (resistencia, dureza, elasticidad o hidra- tación), dependen de su MEC. Aporta, a las células, señales molecula- res para la diferenciación, supervivencia, migración y proliferación, y para mantener la homeostasis del tejido donde se encuentran. Es el marco estructural en el que están incluidos las células de soporte, las terminaciones nerviosas libres, los capilares y las células de defensa. Su composición molecular es típica de cada tejido y renovada conti- nuamente por las células que la producen. Las células interaccionan con ella mediante proteínas transmembrana, principalmente integri- nas y otros receptores de membrana, así como a través de moléculas liberadas desde la propia MEC. Principales componentes de la MEC: una parte con estructura micros- cópica definida —tradicionalmente— como fibras, y sustancia funda- mental, un gel viscoso de macromoléculas muy hidratadas9. Las fibras ofrecen resistencia a la tensión, elasticidad y forman el anda- miaje sobre el cual están desplegadas las células. Entre una estructura gruesa de fibras de colágeno y elastina está la estructura fina de los proteoglicanos y glucoproteínas bañadas por el líquido intersticial o tisular. Las proteínas que constituyen las fibras son de 3 tipos: colágenas, reti- culares y elásticas. Fibras colágenas y reticulares no son sino 2 formas morfológicamente diferentes de colágeno. De acuerdo con la estructu- ra y funciones, el colágeno puede ser agrupado en: 8 La importancia de la MEC para el correcto funcionamiento de tejidos y órganos se pone de manifiesto en ciertas patologías donde, las alteraciones de alguno de sus componentes, conducen a trastornos graves (osteoartritis, fibrosis o cáncer). 9 Todas se encuentran en medio acuoso junto a moléculas de menor tamaño e iones. Es la cantidad, la proporción y el tipo de cada macromolécula lo que distingue a unas matrices de otras. 18 1. Reconocimiento de la estructura y organización general del organismo humano a) Colágenos que forman fibrillas: I, II, III, V y XI. Las fibras reticulares (III) son los haces compuestos de fibrillas de colágeno de diámetro ≤ 50nm. b) Colágenos asociados a fibrillas. Unen a los anteriores entre sí y a otros componentes de la MEC. Son los tipos IX y XII. c) Colágeno que forma red, es el tipo IV. Uno de los principales com- ponentes de las láminas basales. d) Colágeno de anclaje. Es el tipo VII, presente en las fibrillas de ancla- je, une las fibras de colágeno tipo I a las láminas basales. En el sistema elástico hay fibras más delgadas que se ramifican y se unen unas a otras formando una red muy irregular. Las fibras elásticas típicas, contienen gran abundancia de elastina y una cantidad mucho menor de microfibrillas de fibrilina. Los monómeros de proteoglicanos (PG) son compuestos formados por glucosaminoglicanos (GAG) sulfatados (antiguamente denomi- nados mucopolisacáridos) unidos covalentemente a proteínas cen- trales. Los GAG son polímeros repetitivos largos no ramificados de disacáridos, constituidos por un ácido urónico (casi siempre el ácido glucurónico) y una hexosamina (glucosamina o galactosamina). Los principales GAG son: ácido hialurónico, dermatánsulfato, queratán- sulfato, condroitínsulfato y heparánsulfato. Los agregados de PG son estructuras con forma de árbol con una molécula de ácido hialurónico a la que se unen proteínas transportadoras a las proteínas centrales de los monómeros de PG, dispuestas transversalmente. La principal característica hidrófila de la MEC se debe a una elevada presencia global de GAG en su estructura. A causa de los numerosos grupos carboxilo y sulfato en sus moléculas, los GAG son polianiones, con carga muy negativa, uniéndose a un elevado número de cationes, principalmente sodio. Los cationes a su vez, atraen y conservan gran cantidad de moléculas de agua. La modificación de las cargas eléctri- cas cambiará las propiedades hidrófilas de la MEC. Las macromolécu- las de PG ocupan un gran volumen de la MEC configurando dominios o poros del gel de la matriz. No pueden plegarse en estructuras 19 Fisiopatología general compactas por lo que presentan una configuración helicoidal abierta de grandes dimensiones. La organización espacial y la carga negativa de los PG, facilita la difusión selectiva de las diversas moléculas y crean una red tridimensional estrecha que actúa como filtro biofísico que se opone a la deformación por fuerzas de compresión. Las glucoproteínas fibrilares o estructurales (GP) son, junto con el líquido intersticial, el resto de componentes de la MEC. Las GP contie- nen una parte proteica predominante que se asocia a la parte glucídica ramificada. Las moléculas de las GP poseen regiones que se unen a receptores celulares y otras que se unen a fibras. La fibronectina y la laminina son GP estructurales del tejido conectivo, biológicamente importantes. La fibronectina representa una familia de GP, con puntos de unión para las células, colágeno y GAG. Se une a los receptores celulares o integrinas y conecta la célula a su entorno. La laminina se encuentra en las láminas basales, donde participa de la unión de esas estructuras a las células e influye en la filtración de moléculas a través de ellas. El líquido intersticial es el medio indispensable que hace que sea posi- ble mantener la homeostasis entre las zonas intracelular y extracelular. Está formado por un vehículo de agua que contiene ácidos grasos, aminoácidos, azúcares, coenzimas, sustancias mensajeras como ci- tocinas, hormonas, neurotransmisores y otras como sales minerales y productos de desecho. 1.2.3. Membrana Plasmática (plasmalema) Envoltura continua que rodea a célula. Capa delgada cuya anchura: ± 75 Å. También regula intercambios entre exterior e interior, actuando como 1 filtro altamente selectivo. Rodea la célula, separando el medio interno del externo. En 1972, S. Singer y G. Nicholson explicaron su composición química y su fun- cionamiento por medio del «Modelo de mosaico fluido». Según este, la membrana se compone de una doble capa de fosfolípidos, donde se 20 1. Reconocimiento de la estructura y organización general del organismo humano insertan otras biomoléculas, que se mueven de forma permanente10. En general un 50% de la membrana es de composición lipídica, un 40% es proteica y un 10% son glicolípidos y glicoproteínas, que se distribu- yen de manera asimétrica en cada lado de la membrana generando una diferencia de carga iónica: potencial de membrana. El movimiento más común de estas moléculas es el de difusión lateral; el movimiento de una capa a la otra o flip-flop, es menos frecuente por su alto consumo energético. En la rotación la molécula gira alrededor de su eje longitudinal. A. Lípidos Son lípidos complejos11. Fosfolípidos. Estructura similar a la de los triglicéridos, pero en vez del tercer ácido graso, presentan un grupo funcional fosfato, unido a un compuesto con un grupo funcional orgánico. La región polar (cabeza) atrae las moléculas de agua del citoplasma y del fluido extracelular y la región apolar (cola) es hidrófoba; razón por la cual las colas se opo- nen al citoplasma y al fluido extracelular. La longitud de las cadenas de ácidos grasos y su grado de insaturación determinan, en conjunto, el espesor de la membrana y su flexibilidad. Fosfatidilcolina o lecitina. Fosfolípido de membrana más abundan- te. Es importante para el buen funcionamiento del sistema nervioso. Fosfatidiletanolamina o cefalina. Su concentración es mayor en las neuronas. Desempeñan una función muy importante en los pro- cesos de cognición y memoria. 10 Estos movimientos son un mecanismo importante de ayuda a la restauración de daños de membrana de escasa gravedad. Los daños graves se resuelven mediante la fusión de orgánulos y de estos con la membrana. 11 Además de ácidos grasos y un alcohol, están unidos a diferentes grupos funcionales que diversifican su función biológica. 21 Fisiopatología general Esfingolípidos. Contiene, en su estructura, esfingosina en vez de gli- cerol. Conforman las llamadas «balsas de membrana», donde cumplen funciones de reconocimiento biológico y receptor antigénico. Incluye: Esfingomielinas: se encuentran, especialmente, en las vainas de mielina que rodean los axones, facilitando la transmisión de las señales nerviosas. También actúan como mensajeros durante el proceso de división celular. Glucoesfingolípidos. Incluye 2 grupos: cerebrósidos12 y ganglió- sidos. Se encuentran en la superficie externa de las membranas celulares de todos los seres vivos. Participan en interacciones hospedador-patógeno, en el reconocimiento célula-célula y en la regulación de las funciones de las proteínas de membrana. El colesterol solo está presente en las membranas de las células ani- males, pero su concentración es mayor en la membrana plasmática de las células nerviosas. Es de consistencia rígida y se localiza entre los fosfolípidos restringiendo su flexibilidad. Su grupo hidroxilo (OH) se orienta hacia la región polar (cabezas de los fosfolípidos) y su anillo es- teroide se orienta hacia la región no polar (cola). Representa una cuarta parte de todos los lípidos de membrana. B. Proteínas Según el tipo de célula, una membrana puede contener cientos de pro- teínas diferentes. Cada proteína de membrana tiene una orientación definida relativa al citoplasma, de modo que las propiedades de una superficie de membrana son diferentes a las de la otra. Así, aquellas partes de las proteínas que interactúan con otras células o con sustancias extracelulares están orientadas al espacio extrace- lular, mientras que las que interactúan con moléculas citoplasmáticas lo están al citosol. Las proteínas pueden agruparse en tres clases en función de su relación con la bicapa lipídica: 12 Los cerebrósidos con β-galactosa se encuentran anclados a la superficie externa de todas las membranas celulares, pero en mayor concentración en el tejido cerebral; mientras que los cerebrósidos con β-glucosa se encuentran en las membranas de plantas, hongos y animales 22 1. Reconocimiento de la estructura y organización general del organismo humano 1. Proteínas integrales o transmembrana: traspasan totalmente la bi- capa lipídica, y por ello tienen dominios que sobresalen de los lados extracelular y citoplásmico de la membrana. La mayoría funcionan como receptores que unen sustancias especificas en la superficie de membrana (hormonas, neurotransmisores, citocinas, etc.), como canales o transportadores involucrados en el movimiento de iones y solutos a través de la membrana, o como agentes que transfie- ren electrones durante los procesos de fotosíntesis y respiración. Son anfipáticas, y tienen porciones hidrofílicas e hidrofóbicas. Aquellas porciones que residen dentro de la bicapa lipídica —do- minios transmembrana— tienden a tener un carácter hidrofóbico13. Aquellas porciones que se proyectan hacia el citoplasma, o hacia el espacio extracelular tienden a tener superficies hidrofílicas que interactúan con sustancias solubles en agua en el borde de la mem- brana. 2. Proteínas periféricas: se localizan completamente fuera de la bi- capa lipídica, ya sea en el lado citoplásmico o extracelular, aunque asociadas con la superficie de la membrana por enlaces no cova- lentes. Las mejor estudiadas se encuentran en la superficie interna (citosólica) de la membrana, donde forman una red fibrilar que actúa como un «esqueleto» de membrana. Estas proteínas proporcionan soporte mecánico a la membrana, y funcionan como ancla para proteínas integrales. 3. Proteínas ancladas a lípidos: se localizan fuera de la bicapa lipídi- ca, ya sea en la superficie extracelular o citoplásmica, pero unidas en forma covalente a una molécula de lípido de la bicapa. C. Fluidez La fluidez proporciona el compromiso perfecto entre una estructura rígida y ordenada en la que la movilidad estaría ausente, y un líquido fluido por completo, no viscoso, en el que los componentes de la membrana no se podrían orientar y la organización estructural y el so- porte mecánico serian insuficientes. Como resultado, un fosfolípido se puede mover lateralmente dentro de la misma capa con considerable 13 Debido a sus dominios hidrofóbicos transmembrana, son difíciles de aislar en forma soluble. La eliminación de estas proteínas suele requerir el uso de un detergente, como el detergente iónico SDS (desnaturaliza las proteínas). 23 Fisiopatología general facilidad14. Además, permite que las interacciones tengan lugar dentro de la membrana. Puede variar con la composición química de los componentes de la membrana. Así, generalmente, la menor longitud o la mayor cantidad de enlaces insaturados de las cadenas de ácidos grasos hacen que las membranas sean más fluidas. El colesterol también influye en la fluidez, pero su efecto depende de las condiciones de temperatura y composición lipídica de la membrana. El colesterol tiene 2 efectos: in- hibir el paso de la membrana a un estado de gel sólido, menos fluido, pero también disminuir la flexibilidad de los ácidos grasos de cadenas insaturadas. En general se puede decir que una mayor concentración de colesterol disminuye la fluidez de la membrana plasmática. Un efecto adicional de su concentración es que aumenta la hidrofobicidad, es decir, las membranas se vuelven más impermeables. La asimetría de la membrana, i.e., la diferente composición de cada monocapa, puede ser causa de diferencias en la fluidez de cada una. Por otra parte, la mayoría de fosfolípidos cargados negativamente se si- túan en la cara interior (fosfatidilserina y fosfatidiletanolamina) mientras que los cargados positivamente (como fosfatidilcolina y esfingomielina) se encuentran en la exterior. Este desajuste es una de las causas del potencial de membrana. D. Glucocálix Cubierta de polisacáridos en la cara externa de la membrana, formada por las cadenas de polisacáridos de glucolípidos y glucoproteínas. Según la especie y tipo de célula, el contenido de carbohidratos de la membrana oscila entre 2-10% en peso. Mas del 90% de estos carbo- hidratos se unen covalentemente a las proteínas para formar gluco- proteínas (glucosilación); el resto se liga, en forma covalente, a lípidos para formar glucolípidos. Todos los carbohidratos de membrana miran hacia el espacio extracelular15. 14 Se estima que un fosfolípido puede difundir desde un extremo al otro de una bacteria en 1-2 segundos. Por el contrario, una molécula de fosfolípido tarda horas o días en pasar a la otra capa de la membrana (movimiento tipo flip-flop). 15 A diferencia de la mayoría de carbohidratos de alto peso molecular (glucógeno, almidón o celulosa), que son polímeros de un solo azúcar, los oligosacáridos unidos 24 1. Reconocimiento de la estructura y organización general del organismo humano Las proyecciones de carbohidratos tienen un papel importante en la mediación de las interacciones de una célula con su entorno (MEC y otras células) y en la protección de la superficie celular de agresiones químicas y mecánicas. Constituyen, además, puntos de anclaje de enzimas y son uno de los principales lugares de reconocimiento por parte de patógenos para unirse e infectar a las células. E. Funciones de la Membrana 1. Compartimentación. La membrana plasmática encierra el conteni- do de la célula completa. 2. Plataforma para actividades bioquímicas. 3. Proporcionar una barrera permeable selectiva. Suponen el medio de comunicación entre los compartimientos que separan. 4. Transporte de solutos. La membrana contiene la «maquinaria» para transportar físicamente sustancias desde un lado a otro de ella16. Por otra parte, también puede transportar iones específicos, estableciendo así gradientes iónicos a través de sí misma. Esta capacidad es especialmente crítica para las células nerviosas y musculares. 5. Respuesta a estímulos externos (transducción de señales). Las membranas poseen receptores que se combinan con moléculas especificas (ligandos) o responden a otro tipo de estímulos. La interacción de un receptor de membrana con un estímulo externo puede provocar que aquella genere una señal que estimule o inhiba actividades internas. 6. Interacción intercelular. Situada en el borde exterior de cada cé- lula viva, media las interacciones entre ella y sus vecinos; es decir, permite a las células reconocerse y señalizarse entre sí, adherirse cuando sea apropiado, e intercambiar materiales e información. Las proteínas de membrana también facilitan la interacción entre la MEC y el citoesqueleto intracelular. a las proteínas de membrana y a los lípidos pueden mostrar gran variabilidad en su composición y estructura. 16 A menudo desde una región donde el soluto está a baja concentración a una región donde ese soluto está presente a una concentración mucho mayor. 25 Fisiopatología general 7. Transformación de energía. Las membranas también están invo- lucradas en la transferencia de energía química de carbohidratos y grasas al ATP. 1.2.4. Citoplasma Mayor compartimento de las células; en eucariotas corresponde a toda la región situada entre la membrana plasmática y la nuclear (se excluye, por tanto, al núcleo). Proporciona soporte a la célula y organiza estruc- turas internas como el citoesqueleto. Formado por un fluido o dilución acuosa (citosol o hialoplasma) com- puesto en un 70-80% por agua con iones inorgánicos y biomoléculas (como proteínas estructurales y enzimas), donde se encuentran los orgánulos. A. Ribosomas Se encuentran en células procariotas y eucariotas. Son orgánulos de naturaleza proteica que presentan dos subunidades compuestas por ARN ribosómico (ARNr), una mayor y otra menor, que se acoplan du- rante la síntesis de proteínas dando lugar a un «canal» por el que pasa la cadena de ARN mensajero (ARNm) portando la información de las proteínas que se van a sintetizar17. Procariotas Eucariotas Ribosomas de mayor tamaño que Ribosomas de menor tamaño en procariotas Menos densos que en eucariotas: Más densos que en procariotas: 80 70 unidades de sedimentación, 70S. unidades de sedimentación, 80S. 17 Este proceso implica la acción coordinada de 3 tipos de ARN (mensajero, ribosómico y de transferencia). 26 1. Reconocimiento de la estructura y organización general del organismo humano Procariotas Eucariotas Se sintetizan en el núcleo y luego se asocian a ciertas proteínas del nucléolo para formar 2 subunidades. De ahí salen hacia el citoplasma, donde algunos permanecen libres y sintetizan proteínas que se usan en la propia Se sintetizan en citoplasma y luego célula. Otros se adhieren al retículo se unen a su membrana interna endoplásmico, donde sintetizan sustancias proteicas como ciertas hormonas, que se almacenan en vesículas para secretarse luego fuera de la célula. Las mitocondrias sintetizan sus propios ribosomas, con base en su ADN. La subunidad mayor es de 50S La subunidad mayor es de 60S La subunidad menor es de 30S La subunidad menor es de 40S Sistema de Endomembranas: RETÍCULO ENDOPLÁSMICO (RE) El RE presenta 2 regiones que se diferencian morfológica y funcional- mente: retículo endoplasmático liso (REL) y retículo endoplasmático rugoso (RER). En ambos casos, el RE consiste en un sistema de estruc- turas membranosas interconectadas entre sí. La diferencia morfológica más evidente es la presencia de ribosomas sobre la superficie externa de la membrana celular del RER y su ausencia en el REL. Juntos se en- cuentran limitando un espacio intracelular: lumen o luz. La región in- termedia o de transición entre REL y RER tiene una baja proporción de ribosomas, y se relaciona con el empaquetamiento —en vesículas— de productos de membrana para el transporte hacia el aparato de Golgi. Provee a la célula de una gran superficie para la organización de re- acciones químicas y síntesis de moléculas (como proteínas, hormonas esteroides, fosfolípidos y ácidos grasos). 27 Fisiopatología general 1. Retículo endoplásmico liso o agranular (REL): representa la me- nor parte del total de RE18. Su morfología es tubular, membranosa, de localización y extensión variable en función de la actividad me- tabólica de la célula. Su membrana presenta una gran cantidad de enzimas. Debido a que es el lugar principal de síntesis de lípidos, se encuentra muy desarrollado en células que producen grandes cantidades de estas moléculas (como el hígado). Otras funciones del REL: – Biosíntesis de membranas y lípidos de membrana: sintetiza los fosfolípidos de membrana que provienen del interior del RE para reemplazar la envoltura nuclear, como parte del reciclado del aparato de Golgi, para formar nuevos lisosomas y mitocondrias o para reemplazar su propia membrana. – Desintoxicación: es la organela involucrada en la desintoxica- ción de drogas, alcohol o barbitúricos en órganos como hígado y pulmón. – Secuestro del calcio: el Ca2+ activa la contracción muscu- lar y es un segundo mensajero de hormonas, que regulan el metabolismo y la expresión de genes. El REL de células mus- culares (retículo sarcoplásmico) está altamente especializado, desarrollando un papel esencial en el ciclo contracción-relajación muscular. – Síntesis de hormonas esteroides en células endocrinas y de la corteza suprarrenal: las enzimas involucradas en la síntesis de esteroides a partir de colesterol se encuentran en el REL. 2. Retículo endoplasmático rugoso o granular (RER). Morfología sacular aplanada, con la superficie externa de sus membranas cu- bierta por ribosomas adheridos por medio de su subunidad mayor. Abundante en células secretoras. Tiene un papel importante en la biosíntesis de proteínas; sus membranas son el sitio de produc- ción de todas las proteínas transmembrana y de secreción para la mayoría de organelas celulares. 18 No obstante, en células especializadas ocupa grandes extensiones de citoplasma; como en células secretoras de hormonas esteroideas de la corteza de la glándula suprarrenal. 28 1. Reconocimiento de la estructura y organización general del organismo humano Por otro lado, es también un lugar de control de calidad: las proteínas erróneamente procesadas son enviadas al citoplasma y degradadas. B. Sistema de Endomembranas: Aparato complejo o cuerpo de Golgi Organela recubierta de una membrana similar a la plasmática; es decir, una bicapa lipídica con gran variedad de proteínas transmembrana. Se compone por un apilamiento19 de estructuras saculares aplanadas o cisternas, con bordes dilatados y vesículas densas y grandes vacuo- las claras ubicadas cerca de estos bordes. Las cisternas se organizan en grupos de 3-6 (< 8), formando lo que se conoce como dictiosoma. El complejo de Golgi está compuesto, así, por varios dictiosomas con sus vesículas correspondientes20. Generalmente se sitúa cerca del núcleo, en íntima relación con el RE, aunque su conexión con este no es física. Esta posición permite dife- renciar 2 caras: la cis, más próxima al RE (convexa), y la cara trans, más alejada. Entre ambas existen cisternas centrales o medias. En la cara cis se encuentran vesículas de transporte, sáculos con proteínas sintetizadas en la membrana del RE, que componen una red interco- nectada de túbulos conocida como red cis Golgi (CGN, cis Golgi ne- twork). El lado trans, próximo a la membrana plasmática, posee una organización túbulo-vesicular, el llamado TGN (red trans del aparato de Golgi o trans Golgi network), donde las cisternas con las moléculas procesadas se deshacen en vesículas (vesículas de secreción) que se dirigen a otros compartimentos celulares o al espacio extracelular. En el interior de los sáculos del dictiosoma las proteínas pasan por una serie de modificaciones postraduccionales hasta adquirir su com- posición final. Entre las funciones que posee el complejo de Golgi se encuentran la glicosilación de proteínas, selección, destino, glicosi- lación de lípidos y síntesis de polisacáridos de la MEC. Las proteínas glicosiladas son los componentes básicos del glucocálix. 19 Estas pilas contienen del orden de 3-8 cisternas, cada una de las cuales suele estar dilatada en la periferia y adoptar una forma curva, de forma que la pila —en conjunto— presenta una superficie convexa. 20 Dentro de cada dictiosoma, existen numerosas proteínas fibrosas en las que se encuentran embebidas las cisternas. Este entramado podría ayudar en el mantenimiento de la estructura del orgánulo. 29 Fisiopatología general C. Sistema de Endomembranas: Lisosomas y Peroxisomas Vesículas esféricas u ovales limitadas por membrana que se forman a partir del complejo de Golgi y abundan en células fagocíticas. Los liso- somas primarios son los que se separan del aparato de Golgi por ge- mación (aún no han intervenido en ningún proceso, por lo que pueden participar en la digestión celular (autofagia) o ser liberados al exterior para una digestión extracelular21); los secundarios (vacuolas digestivas) se ori- ginan a partir de los primarios al fusionarse con vesículas fagocíticas. Contienen enzimas hidrolíticas cuyo pH óptimo es ácido (se conocen más de 50 hidrolasas ácidas, como fosfatasas, nucleasas, etc.) que intervienen en la digestión celular22 de partículas exógenas (v.gr., mi- croorganismos), orgánulos no funcionantes, proteínas del citosol, etc. También participan en otros procesos como la apoptosis o muerte celular programada. Para las macromoléculas exógenas, el proceso de digestión sigue una serie de pasos: 1. Entrada a la célula por fagocitosis, pinocitosis o endocitosis, con lo que, la sustancia, queda incluida en una vacuola endocítica. 2. Fusión de las membranas de la vacuola fagocítica y un lisosoma primario. Al entrar en contacto el contenido enzimático lisosomal con la sustancia por digerir, comienza la hidrólisis de esta. En ese momento la vacuola fagocítica y el lisosoma se transforman en li- sosoma secundario. 3. Durante la hidrólisis, los productos solubles atraviesan la membrana del lisosoma secundario lo que permite, a la célula, su reutilización para la síntesis de nuevas macromoléculas. 4. Las sustancias no digeribles pueden acumularse en los lisosomas como cuerpos residuales, o formar una vesícula de eliminación que, por exocitosis, expulsa los productos de desecho al exterior de la célula. 21 Es el caso del acrosoma del espermatozoide, que destruye las cubiertas del óvulo, o los lisosomas de los osteoclastos que destruyen la matriz ósea 22 Proceso en el que sustancias complejas, que no son asimilables por la célula, son degradadas a sustancias más sencillas que sí lo son y pueden reutilizarse. 30 1. Reconocimiento de la estructura y organización general del organismo humano Los PEROXISOMAS son orgánulos redondeados, delimitados por membrana23. Están presentes en casi todas las células eucariotas y tienen una función eminentemente metabólica. Presentan una gran plasticidad, pudiendo incrementar su número y tamaño frente a es- tímulos fisiológicos y volver a su número normal cuando el estímulo ha desaparecido, así como cambiar su repertorio de enzimas. Cuando están libres en el citosol, incorporan proteínas que se sintetizan en los ribosomas citosólicos. Estas proteínas van tanto al interior como a la membrana. La formación de nuevos peroxisomas en una célula se puede producir por crecimiento y división de los preexistentes, o por generación, a par- tir del RE y de las mitocondrias, cuando no hay peroxisomas previos en la célula. Llevan a cabo dos procesos metabólicos importantes: metabolismo de lípidos y protección celular frente a peróxidos y moléculas oxidati- vas perjudiciales. Dos enzimas son típicas de este orgánulo: catalasa y urato oxidasa. La catalasa está especializada en la eliminación del peróxido de hidrógeno (H2O2), una molécula altamente reactiva y por tanto muy tóxica. Los peroxisomas suelen llevar a cabo numerosas y variadas funciones metabólicas, normalmente en cooperación con otros orgánulos celula- res. En el hígado son importante para la síntesis de ácidos biliares. D. Mitocondrias Organelas granulares y filamentosos que se encuentran en el cito- plasma de todas las células animales con excepción de eritrocitos y queratinocitos terminales del estrato córneo de la piel.24. Su tamaño es variable y, generalmente, son cilíndricas u ovoides. Tienen una extraor- dinaria movilidad y suelen localizarse donde existe más demanda de energía. 23 Los peroxisomas deben su nombre a que las primeras enzimas que se descubrieron en su interior fueron las peroxidasas, aunque pueden contener más de 50 enzimas diferentes. Los tipos de enzimas presentes y su concentración varían dependiendo del tipo celular y del estado fisiológico de la célula. 24 En promedio, hay unas 2.000 mitocondrias por célula, pero las células que desarrollan trabajos intensos, como las musculares, tienen un número mayor. 31 Fisiopatología general Rodeadas por una doble membrana: membrana mitocondrial externa y membrana mitocondrial interna que emite pliegues hacia el interior para formar las crestas mitocondriales (3 tipos morfológicos: discoi- dales, tubulares y aplanadas); estas, a su vez, están tapizadas por pe- queños salientes o partículas elementales. Entre las dos membranas queda el espacio intermembrana. La membrana externa es altamente permeable y contiene muchas copias de una proteína denominada po- rina, que forma canales a través de la bicapa lipídica. Por el contrario, la membrana interna es muy impermeable al paso de iones y pequeñas moléculas; para ello, la mitocondria, cuenta con la cardiolipina, fosfolí- pido muy insaturado que aumenta la hidrofobicidad evitando la excesi- va fluidez. La mayoría de las mitocondrias se originan por duplicación de otras ya existentes (fisión binaria). En la división celular, especialmente en periodos de intensa multiplicación, las mitocondrias se adhieren a la envoltura nuclear, y reciben del núcleo estímulos para su multiplicación. Su vida media se cifra en torno a una semana, en función del tipo celu- lar, por lo que tienen que tener una constante duplicación. En el interior (matriz mitocondrial) se localizan las enzimas que inter- vienen en el ciclo de Krebs, así como las que participan en las cadenas de transporte de electrones y de la fosforilación oxidativa, además del ADN mitocondrial (ADNmt, mitochondrial DNA)25. Este se encuentra en los denominados nucleoides (asociados a la membrana interna); cada uno de ellos puede tener más de una molé- cula de ADN junto con proteínas para su replicación26 y reparación. El ADN mitocondrial suele tener unos 37 genes que, en humanos, codifi- can para 13 proteínas, componentes de la cadena respiratoria. En la mitocondria se realiza la oxidación de moléculas orgánicas, uti- lizando O2 como último aceptor de electrones, con objeto de obtener 25 Se considera el legado de una bacteria aeróbica simple que se introdujo en el citoplasma de una célula primitiva la cual, finalmente, acabó convirtiéndose en antepasada de todas las células eucariotas. La mayoría de sus genes se perdieron o se transfirieron —en el curso de la evolución— al núcleo de la célula hospedadora, dejando unos pocos para codificar algunas de las proteínas más hidrofóbicas de la membrana mitocondrial interna. 26 La replicación del ADN mitocondrial no está acoplada al ciclo celular y en cualquier momento de la vida de la célula puede haber replicación. 32 1. Reconocimiento de la estructura y organización general del organismo humano energía electroquímica para el resto de procesos celulares. Así, en la matriz, se oxidan el ácido pirúvico, los ácidos grasos y algunos aminoá- cidos. Los electrones que provienen de esta oxidación se transfieren al último aceptor a través de una serie de coenzimas y citocromos que se conocen, en conjunto, como cadena respiratoria y están asociados a la membrana interna. La respiración celular, por lo tanto, se puede considerar como la degradación final —en la mitocondria— de los nu- trientes de la dieta asociada al consumo de oxígeno. Los organismos anaerobios, que viven en medios sin oxígeno, carecen de mitocondrias. El ATP es la molécula que interviene en todas las transacciones de energía que se llevan a cabo en las células; contiene enlaces de alta energía entre los grupos fosfato que, al escindirse, liberan esa energía almacenada. En la mitocondria también se lleva a cabo la beta-oxidación de los áci- dos grasos. Los ácidos grasos también entran del citosol a la matriz mitocondrial y se degradan a acetil-coenzima A en un proceso, conoci- do como beta-oxidación. Las mitocondrias presentan una estrecha relación de proximidad con los elementos del RE, lo que se debe a las necesidades de este de reci- bir, para su proceso de síntesis, la energía que se genera en ellas. Al margen del metabolismo energético, estas organelas están involu- cradas en otras actividades. Así, son los sitios de síntesis de sustancias, como ciertos aminoácidos y los grupos hemo. También desempeñan una función esencial (junto con el RE) en la regulación de la concen- tración de Ca2+ del citosol. El proceso de muerte celular, también se regula —en gran medida— por los eventos que ocurren dentro de las mitocondrias. E. Citoesqueleto Es el sostén de la célula, un componente complejo y dinámico. Mantiene la forma de la célula, fija las organelas en su sitio e interviene en los procesos de crecimiento y motilidad27. 27 Es responsable del desplazamiento de ciertas células sobre un sustrato y de la contracción muscular. También provee el soporte para los movimientos intracelulares, como el transporte de organelas en el citoplasma, y de los cromosomas en la división celular. 33 Fisiopatología general Está compuesto por 3 estructuras filamentosas: microtúbulos, fila- mentos de actina y filamentos intermedios. Cada uno de los tres tipos de filamentos es un polímero de subunidades de proteínas unidas por enlaces no covalentes. Este tipo de construcción es idóneo para el montaje y desmontaje rápido. Microtúbulos Estructuras tubulares huecas que se encuentran en el citoesqueleto, el huso mitótico, los centriolos, los axones de células nerviosas y el nú- cleo de cilios y flagelos. Se ensamblan a partir de la proteína tubulina. Cada molécula de tubulina es un dímero formado por 2 polipéptidos globulares: α-tubulina y β-tubulina. Los dímeros están asociados en 13 protofilamentos lineales que constituyen las paredes del microtúbulo. Todos los protofilamentos tienen la misma polaridad. En consecuencia, todo el polímero tiene la misma polaridad. Un extremo de un microtú- bulo se conoce como extremo más (+) o plus y termina con una fila de subunidades de β-tubulina. El extremo opuesto es el extremo menos (-) o minus y termina con una fila de subunidades de α-tubulina. Los centriolos y los cuerpos basales están constituidos por 9 tripletes de microtúbulos, de los cuales el primero es completo con 13 protofila- mentos, en tanto que los últimos poseen sólo 11. Los microtúbulos son lo bastante rígidos para resistir fuerzas que po- drían comprimir o doblar la fibra. Esta propiedad les permite brindar soporte mecánico. La distribución de microtúbulos citoplásmicos en una célula ayuda a determinar su forma. Además, funcionan como «vías» a través de los cuales se desplazan las organelas y vesículas por el citoplasma, con la ayuda de unas proteínas que requieren de ATP: quinesinas y dineínas citoplasmáticas. Aunque todos los microtúbulos parecen bastante similares morfológi- camente, existen diferencias en cuanto a su estabilidad. Los del huso mitótico o el citoesqueleto son extremadamente lábiles, es decir, sen- sibles al desensamblaje28. Los de las neuronas maduras son menos lábiles, y los de centriolos, cilios y flagelos son muy estables. 28 La labilidad de los microtúbulos del citoesqueleto refleja el hecho de que son polímeros formados por la asociación no covalente de bloques de proteínas. Estos 34 1. Reconocimiento de la estructura y organización general del organismo humano El comportamiento de los microtúbulos en la célula viva puede expli- carse por un fenómeno conocido como inestabilidad dinámica, que explica que un microtúbulo determinado pueda cambiar de forma, de manera impredecible, entre fases de crecimiento y acortamiento. La inestabilidad dinámica es una propiedad inherente del extremo positivo, donde las subunidades se agregan durante el crecimiento y se pierden durante la contracción. La estabilización del microtúbulo y su funcionalidad aumentan con las proteínas asociadas a microtúbulos (MAPs); estas unen, uno de sus extremos al microtúbulo, y el otro a algún componente celular. Filamentos intermedios Sólo identificados en células animales. Se denominan intermedios por- que su diámetro, de unos 10-12 nm, se encuentra entre el de los fila- mentos de actina (7-8 nm) y el de los microtúbulos (25 nm). Son fibras fuertes y flexibles que proporcionan resistencia mecánica a células sometidas a estrés físico29, como axones de neuronas, células muscu- lares y epiteliales que recubren cavidades del cuerpo. Forman una red que contacta con el núcleo y se extiende hasta la pe- riferia celular. También se han encontrado en el propio núcleo donde constituyen la lámina nuclear, entramado que da forma y aporta cohe- sión a la envoltura nuclear. Se trata de un grupo de estructuras químicamente heterogéneas que, en el ser humano, están codificadas por unos 70 genes diferentes. Aunque estos polipéptidos tienen secuencias de aminoácidos variadas, todos comparten una organización estructural que les permite formar filamentos de aspecto similar. Contienen un dominio central alargado, en hélice α flanqueado, en cada extremo (amino-terminal y carboxi- lo-terminal), por dominios globulares de tamaño y secuencia variables, y que son regiones encargadas de interaccionar con otros componen- tes celulares. La hélice α permite a un monómero unirse a otro para microtúbulos están sujetos a despolimerización y repolimerización a medida que los requisitos de la célula cambian. 29 Se ha estimado que pueden estirarse entre un 250-350% de su longitud inicial cuando se someten a fuerzas de tensión. Cuando esto ocurre disminuyen su diámetro, por lo que se estima que los monómeros pueden deslizarse unos sobre otros. Esto contrasta con microtúbulos y filamentos de actina, que son relativamente rígidos. 35 Fisiopatología general formar dímeros. Dos de estos dímeros pueden asociarse entre sí de forma antiparalela para formar tetrámeros. Los tetrámeros se asocian lateralmente para formar una estructura laminada de 8 tetrámeros, que se enrolla sobre sí misma, y se une en línea con otras para formar el filamento intermedio. Al contrario que los otros elementos del citoesqueleto, no sirven como «vías» para transporte de otras moléculas o estructuras celulares, ya que no son polarizados, y, sobre todo, porque no tienen proteínas moto- ras asociadas. De hecho, ellos son transportados a lo largo de microtú- bulos y microfilamentos. Se clasifican en 5 clases: I y II corresponden a queratinas ácidas y básicas respectivamente. Ambos tipos se combinan entre sí para dar la queratina celular, abundante en células epiteliales. Hay queratinas especiales en pelo y uñas y también se expresa en hepatocitos, ácinos pancreáticos, y células mioepiteliales. La III es una clase heterogénea subdividida en 4 grupos: vimenti- nas, desminas, proteína fibrilar ácida y periferina. Las vimentinas se expresan en muchos tipos celulares (leucocitos, endotelio vas- cular y algunas células epiteliales). La desmina es componente del citoesqueleto de las células musculares esqueléticas. La periferina es expresada en nervios craneales y neuronas periféricas. La IV incluye a los neurofilamentos, típicos de neuronas maduras, e importantes para la organización de dendritas y axones. La V incluye a las láminas nucleares y son los únicos filamentos intermedios que no se encuentran en el citoplasma. Filamentos de Actina (Microfilamentos) Suelen ser más abundantes cerca de la membrana plasmática, pero su distribución y organización intracelular depende mucho del tipo celular. Tienen gran cantidad de funciones. Sin ellos una célula no podría divi- dirse, moverse, realizar endocitosis, ni fagocitosis, ni sus orgánulos se comunicarían entre sí. 36 1. Reconocimiento de la estructura y organización general del organismo humano Además, juega un papel importante en la determinación de la forma celular y puede proporcionar soporte estructural para varios tipos de proyecciones de la célula. Son fibras sólidas compuestas por un homopolímero de una proteína globular: actina30. Existen dos variantes relacionadas estructuralmente: α-actina (abundante en las células musculares) y β-actina. Poseen un extremo más y otro menos, es decir, son filamentos pola- rizados. En el extremo más predomina la polimerización (adición de nuevas moléculas de actina) respecto a la despolimerización; mientras que, en el extremo menos, predomina la despolimerización. La polime- rización requiere energía; Antes de que se incorpore en un filamento, un monómero de actina se une a una molécula de ATP. La actina es una ATPasa, de forma que el ATP asociado con el monómero se hidroliza a ADP en algún momento después de incorporarse al final de un fila- mento de actina en crecimiento. En consecuencia, la mayor parte de un filamento de actina consiste en subunidades de ADP-actina. En la célula se crean y se destruyen filamentos de actina continuamen- te. Es el componente del citoesqueleto más dinámico, y esto se debe a un conjunto de proteínas (proteínas accesorias) de las que existen más de 100 tipos diferentes. Regulan la velocidad de creación y destrucción de filamentos, la velocidad de polimerización, la longitud de los filamen- tos, así como su ensamblado para formar estructuras tridimensionales. Las proteínas motoras de los filamentos de actina son miosinas. La miosina muscular (miosina II), está compuesta por 2 cabezas y una cola alargada. Cada una de las cabezas tiene un sitio de unión al ATP para su hidrólisis y otro para la actina. La cola permite que las molécu- las polimericen en filamentos bipolares, para que se desplacen sobre sí mismos durante la contracción muscular. Las células no musculares contienen miosina I. Esta también es una proteína motora; su cola mueve un filamento de actina sobre otro, una vesícula a través de un filamento de actina o un filamento de actina sobre la membrana plasmática. 30 Proteína citosólica muy abundante, representa aproximadamente el 10 % de las proteínas citosólicas. Una parte se encuentra constituyendo filamentos (F-actina) de actina, y el resto son proteínas no polimerizadas (G-actina). 37 Fisiopatología general Bajo la membrana plasmática hay una capa de filamentos de actina unidos a proteínas y lípidos de la membrana (zona cortical o corteza celular). También hay miosina que genera fuerzas entre filamentos de actina y cambia la disposición de la membrana. Esta capa permite a la célula resistir y contrarrestar fuerzas mecánicas, o generarlas, así como condicionar su forma. Funciones de los microfilamentos: Contracción muscular. Citocinesis: estrangulamiento del citoplasma durante la división; ocurre gracias a la formación de un anillo de filamentos de actina, que, ayudado por miosina II, estrecha progresivamente su diámetro hasta la separación completa de los 2 citoplasmas. Adhesión y migración celular. Los filamentos de actina que se encuentran en la corteza celular, intervienen en la formación de vesículas, macropinocitosis y fagocitosis. Formación de microvellosidades: expansiones filiformes estables que permiten a la célula aumentar la superficie de su membrana plasmática. Aparecen en muchos tipos celulares como las células epiteliales del tubo digestivo. Cada microvellosidad contiene en su interior varias docenas de filamentos de actina paralelos al eje lon- gitudinal. En la base poseen un entramado (red terminal), formado también por filamentos de actina, al cual se conectan los paralelos. F. Núcleo Compartimento de las células eucariotas, limitado por membrana, que contiene el genoma en forma de cromatina (complejo de DNA super- enrollado sobre proteínas, denominadas histonas). Cuando la célula se divide, las fibras de cromatina se hacen visibles al microscopio óptico en forma de cromosomas. Durante la interfase, la cromatina se dispersa para facilitar la expresión de la información genética. En interfase, el núcleo está formado por: 38 1. Reconocimiento de la estructura y organización general del organismo humano Envoltura nuclear Membrana doble: una interna y otra externa, separadas por una cis- terna (o espacio) perinuclear y perforadas por complejos de poros nucleares (alrededor de 15% de su superficie). La membrana externa se continúa con la del RER y contiene ribosomas adosados en su lado citoplasmático. Su función es separar el nucleoplasma del citoplasma, regular el paso de moléculas entre ellos y englobar la cromatina. La membrana interna se fija a una malla rígida de filamentos interme- dios (lámina nuclear), con función de sostén. Además, participa en la organización nuclear, regulación del ciclo celular y en la diferenciación celular. Los poros se forman por la fusión de las membranas interna y externa. Tienen 8 subunidades proteicas dispuestas en una armazón central octogonal. En la periferia forman una estructura cilíndrica: complejo de poros nucleares, compuesta por unas 50 proteínas, las nucleopo- rinas, que rodean al poro central y forman un canal que regula el paso de proteínas entre el citoplasma y el núcleo31. Para que las proteínas grandes ingresen al núcleo, necesitan de otra proteína citosólica, que actúa como receptor nuclear. La salida de las subunidades ribosómicas fabricadas en el nucleolo, así como del ARNt, se regula por un sistema de transporte activo. Durante el ciclo celular, se produce creación de nuevos poros en la interfase, como preparación para la mitosis, pero también se crean nuevos poros tras la mitosis. Durante las mitosis abiertas, en las que la envuelta nuclear se desorganiza, los poros nucleares también se des- hacen en sus proteínas, proceso mediado por fosforilación, y se vuelven a ensamblar durante la formación de la nueva envuelta nuclear tras la mitosis. Nucléolo Estructura del nucleoplasma más claramente visible en tinciones ge- nerales. Es el resultado de la concentración de cromatina y proteínas. 31 Las moléculas grandes dependen de una secuencia señal adherida denominada secuencia de localización nuclear (SLN), formada por 4-8 aminoácidos, para poder ingresar al núcleo; mientras que las moléculas hidrosolubles pequeñas pasan por los poros mediante difusión simple. 39 Fisiopatología general Sintetiza la mayor parte del ARN ribosómico (ARNr) y ensambla las 2 subunidades ribosómicas. Tiene forma ovalada y se tiñe intensamente con colorantes básicos; la basofilia viene dada por la gran cantidad de ribonucleoproteínas. Se pueden encontrar nucleolos de gran tamaño en células que llevan a cabo una gran síntesis de proteínas y, en la inter- fase, algunos de ellos se pueden asociar para formar otros más gran- des. Las células con escasa síntesis proteica tienen nucleolos poco prominentes, a veces ocultos por las masas de cromatina. Su número también es variado (de 1 a 5, en promedio) y se encuentra regulado por las regiones organizadoras de nucleolos (RON) que con- tienen secuencias repetidas de DNA codificadoras de ARNt. Con el microscopio electrónico se observan tres regiones: el centro fibrilar, el componente fibrilar denso, que rodea al centro fibrilar, y el componente granular. En los centros fibrilares se lleva a cabo la trans- cripción de las moléculas de pre-ARNr, ya que contienen fibras extendi- das de cromatina con actividad genética (sitio de localización de genes codificadores de ARNr). En el componente granular ocurre el procesa- miento tardío del ARNr y ensamblaje de subunidades ribosómicas. Cromatina Conglomerado de ADN y todas las moléculas relacionadas con su or- ganización, fundamentalmente proteínas (histonas y otras). Se clasifi- ca en: Eucromatina (cromatina genéticamente activa). Suele corresponder a regiones del ADN que están transcribiéndose. Se observa clara al microscopio electrónico. Heterocromatina (cromatina genéticamente inactiva). Se observa oscura al microscopio electrónico. Es, en su mayoría, inactiva desde el punto de vista de la transcripción. Se divide en heterocromatina facultativa, es decir, que puede pasar de heterocromatina a eucro- matina y viceversa, y en heterocromatina constitutiva, que está siempre condensada32 (corresponde al 10-20% de la heterocroma- tina total). 32 Aunque existan porciones de ADN en la heterocromatina constitutiva que se transcriben, aquí se localizan genes que normalmente no se expresan. 40 1. Reconocimiento de la estructura y organización general del organismo humano Existe un grado de compactación mayor al de la heterocromatina cuan- do la célula forma los cromosomas durante los procesos de división, bien en mitosis o en meiosis. En los cromosomas se empaquetan tanto heterocromatina como eucromatina. Las zonas nucleares no ocupadas por cromatina ni por el nucléolo se denominan región intercromatiniana; dentro de ella se ubican los cuerpos espiralados, formados por fibras. La región pericromatiniana es una franja que rodea a la heterocromatina. En interfase cada cromosoma ocupa un espacio en el núcleo que se llama territorio cromosómico. Los territorios de diferentes cromoso- mas sólo se solapan algo en sus márgenes y no están distribuidos al azar33. Los cromosomas más activos suelen localizarse en el centro del núcleo, mientras que los menos activos lo hacen cerca de la envoltura nuclear. Los segmentos que se replican antes suelen estar en el interior y los tardíos hacia la periferia. 1.2.5. Transporte de moléculas a través de membranas Es el intercambio de materia entre el interior de la célula y el ambien- te que la rodea. Las células requieren nutrientes del exterior y deben eliminar sustancias de desecho procedentes del metabolismo para mantener la homeostasis de su medio. La membrana presenta una permeabilidad selectiva, ya que permite el paso de pequeñas molécu- las, siempre que sean lipófilas, pero regula o bloquea el paso de molé- culas no lipófilas. A. Transporte de moléculas de baja masa molecular Transporte pasivo. Proceso de difusión de sustancias a través de la membrana. Se produce siempre a favor del gradiente de 33 Los territorios cromosómicos se pueden dividir en dos compartimentos, A y B. El compartimento A tiene genes que se replican más temprano durante la fase S. El B tiene genes que se replican tarde, se expresan poco y están próximos a la lámina nuclear. Determinadas regiones de la cromatina pueden pasar del compartimento A al B y viceversa. 41 Fisiopatología general concentración, es decir, de donde hay más hacia el medio donde hay menos. Difusión simple. Paso de pequeñas moléculas a favor de gradiente de concentración. – Difusión simple a través de bicapa: mecanismo propio de moléculas lipídicas, como hormonas esteroideas o fármacos liposolubles; también de sustancias apolares como oxígeno y nitrógeno. Algunas moléculas polares de muy pequeño tamaño, como agua, CO2, etanol y glicerina, también atraviesan por difu- sión simple. En el caso del agua, la difusión se hace por ósmosis. – Difusión simple a través de canales: mediante las proteínas de canal. Así, entran iones: Na+, K+, Ca2+, Cl-. Las proteínas de canal son proteínas integrales que crean poros o conductos hidrofí- licos que comunican ambos lados de la membrana. Tienen la propiedad de poder abrir o cerrar dicho conducto según ciertas condiciones (en función de cómo se regula su apertura se llaman canales dependientes de voltaje, mecanosensores, dependientes de ligando, termorreceptores, etc.); también pueden modularse por la unión de ligandos o por modificaciones covalentes, como la fosforilación. Difusión facilitada. Permite el transporte de pequeñas moléculas polares, que, al no poder atravesar la bicapa, requieren que proteí- nas transmembrana (transportadoras o permeasas) faciliten este paso. El mecanismo de transporte supone un reconocimiento de la molécula que se va a transportar y un cambio conformacional del transportador que posibilita el trasiego entre ambos lados de la membrana. Transporte activo. Aquí también intervienen proteínas de membrana, pero estas requieren energía —fundamentalmente por medio de la hi- drólisis del ATP que genera ADP + P– para transportar moléculas al otro lado de la membrana34. 34 Su velocidad está limitada por el número de canales disponibles y depende de la saturación, mientras que la velocidad de difusión depende sólo del gradiente de concentración 42 1. Reconocimiento de la estructura y organización general del organismo humano Se produce cuando el transporte se realiza en contra de gradiente electroquímico. Son ejemplos: bomba (ATPasa) Na+/K+ y la de Ca2+. La primera requiere de una proteína transmembrana que bombea 3 molé- culas de Na+ hacia el exterior de la membrana y 2 de K+ hacia el interior. la ATPasa Na+/K+, permite la excitabilidad de las neuronas, de las célu- las musculares, la absorción de alimentos por las células del aparato digestivo, etc. Las células animales gastan más del 30% del ATP que producen (y las neuronas más del 70%) para transportar estos iones. Transporte de moléculas de elevado peso molecular Endocitosis Proceso por el que se incorporan moléculas extracelulares engloba- das por membrana plasmática, que al cerrarse quedan en el interior celular, sobre todo en forma de vesículas, las cuales se fusionan posteriormente con compartimentos internos, principalmente con endosomas. Además, sirve para reciclar moléculas de la membrana plasmática que se incorporarán como parte de la membrana de las propias vesículas o compartimentos que se formen. Otra función es compensar los procesos de exocitosis; es decir, eliminar el exceso de membrana plasmática añadida por vesículas de exocitosis y mantener una superficie de membrana estable y funcional. Existen tres maneras por las que las moléculas son incorporadas en la endocitosis: en forma soluble inespecífica o pinocitosis, unidas a receptores de membrana o endocitosis mediada por receptor35, o formando parte de la propia membrana que constituirá la vesícula o compartimento que origina. Según el tamaño, el tipo de vesícula o compartimento, su mecanismo de formación y la naturaleza del material a incorporar, se han descrito diversos tipos de endocitosis. Endocitosis mediada por vesículas recubiertas de clatrina. Mecanismo principal de incorporación de proteínas integrales y lípidos de la membrana plasmática, así como macromoléculas extracelulares de tamaño ≤ 156 nm. Las vesículas se forman en áreas de membrana donde se encuentra la proteína clatrina, que es 35 Mecanismo por el que sólo ingresa la molécula para la cual existe el receptor correspondiente en la membrana, que pertenece a la familia de las inmunoglobulinas. Es un mecanismo que se observa en linfocitos B 43 Fisiopatología general citosólica. Una vez que la vesícula se ha cerrado e internalizado, la clatrina de desensambla y la vesícula puede ir a orgánulos específi- cos dentro de la célula. Endocitosis mediada por caveolas. Pequeñas invaginaciones en la membrana, que están presentes en la mayoría de células eucario- tas y que, posteriormente, se transforman en vesículas, aunque la proporción en que esto ocurre no está clara. Especialmente abun- dantes en células endoteliales, musculares y adipocitos. Endocitosis mediada por vesículas no recubiertas. No dependen de la clatrina. Algunas toxinas (cólera) entran por esta vía. No se co- nocen en detalle los mecanismos por los que este tipo selecciona a las moléculas que transporta. Macropinocitosis. Proceso mediante el que se incorporan grandes cantidades de fluido extracelular. En la superficie celular se crean evaginaciones cuyas crestas se fusionan con la membrana plas- mática formando una gran vesícula interna o macropinosoma. Se utiliza para captar alimento (como en las amebas), para renovar la membrana plasmática, durante el movimiento celular para trans- portar grandes porciones de membrana hacia el frente de avance, algunas bacterias son capaces de inducirla para introducirse en los macropinosomas y evitar la fagocitosis. Fagocitosis. Tipo especial de endocitosis que consiste en la incorporación de partículas de gran tamaño como bacterias, restos celulares o virus. Este mecanismo lo llevan a cabo células especializadas (macrófagos, neutrófilos y células dendríticas). El proceso supone un reconocimiento de la partícula por parte de la célula mediante receptores de membrana36 y la emisión, media- da por filamentos de actina y la miosina, de pseudópodos. Estas protuberancias rodean a la partícula, fusionando sus frentes y en- cerrándola en una vesícula grande (fagosoma) que se interna en la célula para ser digerida. El fagosoma se fusionará con los lisoso- mas para la degradación de su contenido. 36 Se necesita una cantidad mínima de receptores unidos a sus ligandos para que se dé la fagocitosis. Así, cuando la partícula no tiene suficiente ligando no será incorporada. 44 1. Reconocimiento de la estructura y organización general del organismo humano Exocitosis Fusión de vesículas (procedentes del complejo de Golgi, princi- palmente) con la membrana plasmática. Dos tipos: Exocitosis constitutiva, que se produce en todas las células y se encarga de liberar moléculas que van a formar parte de la MEC o llevar moléculas (en la propia membrana de la vesícula) para rege- nerar la membrana plasmática; Exocitosis regulada: sólo en células especializadas en secreción (productoras de hormonas, neuronas, células del epitelio digestivo, glandulares, etc.); se caracteriza por liberar moléculas que realizan funciones como la digestión o afectan a la fisiología de otras cé- lulas próximas o localizadas en regiones alejadas del organismo, a las que llegan a través del sistema circulatorio. Las vesículas de secreción regulada no se fusionan de manera espontánea con la membrana, sino que necesitan una señal que normalmente es un aumento de la concentración de calcio. En toda célula existe un equilibrio entre exocitosis y endocitosis, para mantener la superficie de la membrana plasmática y que quede asegu- rado el volumen celular. 1.3. Histología Rama de la Biología que estudia todo lo relacionado con los tejidos del organismo, así como su estructura microscópica, su desarrollo y sus funciones. Su campo de estudio, no obstante, no se queda en la mera observación y descripción de los tejidos del organismo, sino que va más allá, con- templando las relaciones estructurales y funcionales que se dan entre las células, así como sus funciones químicas; todo ello con objeto de ofrecer una explicación —con rigor científico— de los aspectos fisiológi- cos de los sistemas orgánicos. 45 Fisiopatología general 1.3.1. Técnicas empleadas en histología La microscopía óptica de rutina utiliza cortes finos de tejido para estu- diar la morfología celular. Los cortes se suelen conseguir: Sumergiendo (inmediatamente, tras la extracción del organismo) el tejido en una solución conservante (fijación), que conserva de forma permanente la estructura del tejido. Se utiliza para abolir el metabolismo celular, impedir la degradación enzimática de las cé- lulas y tejidos, destruir microorganismos y endurecer el tejido como resultado de la formación de enlaces cruzados o de la desnaturali- zación de proteínas. El fijador de uso más común es la formalina, solución acuosa de formaldehído al 37 %, en diluciones variadas y en combinación con otras sustancias químicas y buffers. Debido a que no altera su estructura tridimensional de forma significativa, las proteínas mantienen su capacidad de reaccionar con anticuerpos específicos. Incluyendo el tejido en un medio firme (parafina) para poder cortar- lo en finas secciones. Los cortes (convencionalmente de 5-10 µm de grosor) se realizan con un micrótomo. Posteriormente se depo- sitan sobre un portaobjetos y se retira la parafina con un disolvente orgánico (xileno o tolueno) antes de rehidratar el corte en una serie de soluciones alcohólicas de concentración creciente hasta alcan- zar etanol al 100 %. Después, el tejido sobre el portaobjetos se tiñe con hematoxilina en agua. Debido a que el colorante de contraste, la eosina, es más soluble en alcohol que en agua, se vuelve a des- hidratar la muestra a través de una serie de soluciones alcohólicas de concentración creciente y después se tiñe con eosina en alco- hol. Hematoxilina y eosina (H&E) son los colorantes de uso más frecuente en histología37. Con ellos se tiñen de azul las estructuras nucleares y con matices rosados las citoplasmáticas. Para poner de manifiesto otros constituyentes de las células se recurre a méto- dos especiales de tinción. 37 La hematoxilina no es un colorante básico en sentido estricto. Se usa con un mordiente que hace que la tinción se parezca a un colorante básico. 46 1. Reconocimiento de la estructura y organización general del organismo humano En algunos casos (p.ej., biopsias quirúrgicas) es necesario acudir a tejidos frescos. En esta situación, el tejido se endurece para su corte mediante congelación. A pesar de las bondades de la tinción con H&E, el procedimiento no permite ver, de forma adecuada, ciertos componentes estructurales de los cortes como elastina, fibras reticulares, membranas basales y lípidos. Ante la necesidad de mejorar el contraste entre las distintas es- tructuras tisulares se desarrollaron los métodos histoquímicos. Estos pueden tener su fundamento en la unión específica de un colorante, el uso de anticuerpos marcados con un colorante fluorescente con un componente celular en particular o en la actividad enzimática inhe- rente de un elemento constitutivo de la célula. Un ejemplo frecuente de tinción histoquímica sencilla es la reacción de PAS (ácido peryódico de Schiff), que se utiliza para demostrar glucó- geno en las células, moco en diversas células y tejidos, la membrana basal y fibras reticulares en el tejido conjuntivo. El reactivo de Schiff también se utiliza en la reacción de Feulgen, que se basa en una hidró- lisis débil con ácido clorhídrico para teñir el ADN. Las técnicas histoquímicas también se utilizan para identificar y loca- lizar enzimas en células y tejidos38. En estos procedimientos se de- tecta el producto de reacción de la actividad enzimática y no la enzima propiamente dicha. En general, se usa un reactivo de captura, ya sea (colorante o metal pesado), para atrapar o fijar el producto de reacción de la enzima mediante precipitación en el sitio de reacción. Inmunohistoquímica. En el laboratorio, los anticuerpos pueden pu- rificarse de la sangre y conjugarse con un colorante fluorescente (fluorocromo). El más usado es la fluoresceína que absorbe luz ultra- violeta y emite luz verde. Los anticuerpos conjugados con fluoresceína se pueden aplicar a cortes de tejidos congelados o fijados levemente 38 Uno de los métodos histoquímicos más comunes (a menudo utilizado en combinación con la inmunocitoquímica) emplea peroxidasa de rábano para la detección de antígenos mediada por enzimas. Un sustrato ampliamente utilizado para la peroxidasa de rábano es la 3,3’ diaminobenzidina (DAB), compuesto orgánico incoloro que genera un producto insoluble de color pardo en el sitio de la reacción enzimática. Este producto se puede localizar en las células de forma simple, produciendo imágenes de alta resolución, tanto en un microscopio óptico como electrónico. 47 Fisiopatología general en portaobjetos de vidrio para localizar un antígeno en células y te- jidos. La reacción del anticuerpo con el antígeno puede examinarse y fotografiarse con un microscopio de fluorescencia o un microscopio confocal que produce una reconstrucción tridimensional de los tejidos examinados. La autorradiografía utiliza una emulsión fotográfica que se coloca sobre un corte histológico para localizar material radiactivo en los tejidos. Muchos precursores de moléculas grandes, como los aminoácidos de las proteínas y los nucleótidos que forman los ácidos nucleicos, se pueden marcar mediante incorporación de un átomo radiactivo en su estructura molecular. A continuación, se investiga la radiactividad para detectar macromolé- culas en células y tejidos. La aplicación de determinados colorantes (de baja toxicidad) a anima- les vivos se conoce como coloración vital y su inyección en células o tejidos se denomina coloración supravital. Ambos métodos permiten teñir células o tejidos para realizar la determinación de ciertas funcio- nes celulares u orgánicas. 1.3.2. Nivel anatómico Un tejido es una agrupación de células dispuestas en una organización específica. En algunos casos, las células tienen todas la misma es- tructura y forman tejidos simples. Sin embargo, la mayoría de tejidos contienen una mezcla de células con diferentes funciones, y se pueden denominar tejidos complejos

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