UD5 Adaptación Y Muerte Celular PDF

UNIDAD 5: ALTERACIÓN Y MUERTE CELULAR. Módulo Profesional: “Fisiopatología general” 0 Índice RESUMEN INTRODUCTORIO....................................................................... 2 INTRODUCCIÓN....................................................................................... 2 CASO INTRO...

UNIDAD 5: ALTERACIÓN Y MUERTE CELULAR. Módulo Profesional: “Fisiopatología general” 0 Índice RESUMEN INTRODUCTORIO....................................................................... 2 INTRODUCCIÓN....................................................................................... 2 CASO INTRODUCTORIO............................................................................ 3 1. ALTERACIÓN CELULAR.......................................................................... 4 2. ADAPTACIÓN CELULAR.......................................................................... 6 2.1. Cambios adaptativos celulares........................................................... 7 3. LESIÓN CELULAR................................................................................ 10 3.1. Lesión celular reversible................................................................. 13 3.2. Lesión celular irreversible............................................................... 14 3.2.1 NECROSIS................................................................................. 15 1.1. Fases de la necrosis....................................................................... 16 1.2. Tipos de necrosis........................................................................... 17 4. APOPTOSIS........................................................................................ 20 RESUMEN FINAL..................................................................................... 23 1 RESUMEN INTRODUCTORIO En esta unidad “Alteración y muerte celular” estudiaremos las posibles alteraciones que sufren las células antes los factores patógenos, y su capacidad de adaptabilidad y respuesta frente a los mismos. Así mismo, estudiaremos las posibles respuestas que dan las células ante agentes patógenos, tras sufrir una lesión. INTRODUCCIÓN Como hemos comentado en unidades anteriores, el organismo expresa la enfermedad a través de manifestaciones clínicas, pero los factores causantes de las patologías comienzan su alteración en las células y tejidos que forman el organismo. Dependiendo del tipo de daño que le afecte y de la capacidad que tenga la célula para recuperar su equilibrio, estaremos hablando de lesión celular o adaptación celular. La homeostasis es el estado de salud de las células, en las que son capaces de compensar los cambios que ocurran en su entorno, a través de diferentes mecanismos de control, dando lugar a diferentes respuestas. Si los cambios que ocurren son estímulos naturales, propios del entorno como cambios en el PH, temperatura, concentración, etc, la célula responde de forma fisiológica recuperando su equilibrio. Pero si los cambios se deben a factores o agentes patógenos, como la presencia de sustancias químicas, de factores genéticos, la falta de oxígeno, etc, la célula responde de forma fisiopatológica, siendo incapaz de compensar ese cambio con sus propios mecanismos de control, produciendo respuestas anormales como la proliferación celular o la lesión de la célula. Es importante conocer las posibles respuestas de las células, ya que estas alteraciones se dan en el proceso patológico y afectan al organismo en sí. 2 CASO INTRODUCTORIO Han llegado al hospital 168 muestras, obtenidas a través de un legrado endometrial a varias mujeres, con el fin de detectar un diagnóstico histopatológico de hiperplasia endometrial y estudiar el rango de edad más frecuente de aparición de dicha patología. La hiperplasia endometrial es un aumento en del número de células endometriales que recubren el interior del útero, ocurre normalmente ante el aumento de un estímulo hormonal, como puede ser la exposición a estrógenos y a niveles bajos de progesterona. Para poder realizar un correcto estudio y determinar cuáles de las muestras recibidas corresponden al diagnóstico histopatológico de hiperplasia endometrial (simple sin atipia/ simple con atipia) y determinar la edad frecuente, es necesario conocer los tipos de lesiones celulares que pueden sufrir las células, si los daños son reversibles o irreversibles, si se la considera una lesión neoplásica, etc. Al finalizar esta unidad serás capaz de tener los conocimientos para plantear intervenciones favorecedoras en el ámbito laboral. 3 1. ALTERACIÓN CELULAR Estamos experimentando en un cultivo celular con células del tejido epitelial. Como ya sabemos la célula se ve influenciada por los diferentes factores que la rodean, y si alguno se modifica, produce un cambio sobre la misma, que podrá controlar o no. En nuestro experimento estamos modificando estímulos como cambios en la temperatura ambiental, pH, concentración de glucosa, etc. Podemos observar que la célula es capaz de controlar los cambios y recuperar su equilibrio. Una célula normal se encuentra en un estado de homeostasia, estado de equilibrio interno con el medio que le rodea, en el cual satisface sus necesidades fisiológicas. Cuando una célula normal es estimulada por una NOXA (estímulo patógeno que produce una alteración celular), y sus propios mecanismos de control no son capaces de recuperar la homeostasia pueden ocurrir dos cosas: - Que la respuesta sea la proliferación celular, formación de células anormales, como es el ejemplo de las neoplasias. Apartado que trataremos en unidades próximas. 4 - Que se produzca una alteración celular, que pueda ser reversible, irreversible o adaptativa, como desarrollaremos a continuación. ADAPTACIÓN CELULAR ALTERACIÓN CELULAR REVERSIBLE/IRREVERSIBLE Imagen 1. Esquema sobre la alteración celular 5 2. ADAPTACIÓN CELULAR Recibimos unas muestras de orina y de sangre de un paciente que responde a síntomas típico de la hiperplasia de próstata. La próstata es una glándula que produce el líquido que transporta los espermatozoides durante la eyaculación. Un agrandamiento de la próstata significa que la glándula se ha vuelto más grande y le sucede a casi todos los hombres cuando van envejeciendo. A este agrandamiento generalmente se le llama hiperplasia prostática benigna (HPB). Hemos realizado análisis de orina, para verificar la presencia de sangre, un urocultivo para ver la posibilidad de infección y un examen de sangre de antígeno prostático específico (PSA) para detectar cáncer de próstata. No se conoce la causa real del agrandamiento de la próstata. envejecimiento y a los cambios en las células Los de los factores ligados testículos al pueden intervenir en el crecimiento de la glándula, principalmente por aumento del estímulo hormonal. La célula presenta gran capacidad de adaptación ante diversos estímulos para el mantenimiento de su equilibrio interno. Ante los estímulos patógenos, la célula experimenta cambios que le sirven para adecuarse a la nueva situación y mantener su integridad. 6 2.1. Cambios adaptativos celulares Los mecanismos de adaptación son: ATROFIA: es la disminución del tamaño de la célula y, por tanto, del tejido y órgano donde se encuentra ésta, debido a la pérdida del interior celular. La célulase adapta para seguir viviendo, cesando su actividad. Se debe a un déficit de estimulación del órgano. Por ejemplo, atrofia muscular en personas encamadas, con escayolas, etc. Imagen 2. Atrofia muscular en pierna derecha Imagen 3. Atrofia renal derecha por arteriosclerosis de arteria renal derecha 7 HIPERTROFIA: es el aumento del tamaño de la célula y, por tanto, del tejido y órgano donde se encuentra, por el aumento del interior celular. Se debe a un exceso de estimulación del órgano. Por ejemplo, hipertrofia muscular en culturistas, hipertrofia renal en caso de nefrectomía, hipertrofia cardiaca en caso de hipertensión arterial, etc. Imagen 4. Hipertrofia muscular Imagen 5. Hipertrofia cardiaca 8 HIPERPLASIA: es el aumento del número de células y, por tanto, aumenta el tamaño del tejido y del órgano donde éstas se encuentran. Ocurre en células con capacidad de división, por ejemplo, hiperplasia del tejido mamario durante la lactancia, hiperplasia endometrial durante el ciclo menstrual, hiperplasia hepáticaen caso de hepatectomía parcial, etc. Imagen 6. Hiperplasia endometrial METAPLASIA: es el cambio de un tejido por otro del mismo origen. Se da en casos de irritación mecánica o química, déficit de vitaminas, etc. Por ejemplo, metaplasia del epitelio respiratorio en fumadores, metaplasia del urotelio en caso de litiasis, metaplasia esofágica en caso de ERGE (enfermedad por reflujo gastroesofágico), etc. Imagen 7. Metaplasia. Puede observarse el cambio de un epitelio cilíndrico simple a uno plano estratificado 9 Todos estos cambios adaptativos son REVERSIBLES, y, por tanto, si la noxa cesa, la célula recupera su estado normal y su homeostasis. Cuando la capacidad de adaptación se sobrepasa y el estímulo es elevado o prolongado, no hay adaptación, aunque se retire el agente que lo causó, se produce en este caso una LESIÓN CELULAR. RECUERDA... Cuando se sobrepasan los límites de la respuesta adaptativa o ante un agente lesivo, tiene lugar la lesión celular que puede ser reversible, o llegar a ser irreversible alcanzando finalmente la muerte celular. La adaptación, lesión reversible y muerte celular pueden considerarse estadios del deterioro progresivo de la función y estructura normal de la célula. 3. LESIÓN CELULAR Ha llegado al laboratorio tejido necrótico para analizar. La necrosis, es un tipo de lesión que causa la muerte celular, ocurre cuando la célula no puede recuperar suestado inicial, y aunque cese el estímulo, ésta morirá. Se detecta que el agente patógeno, externo y directo, ha sido la hipertermia local, produciendo una coagulación y la desnaturalización de las proteínas, lo que ha afectado a las células y posteriormente a los tejidos. 10 La lesión celular se da cuando los estímulos patológicos exceden la capacidad de la célula de adaptarse y mantener la homeostasia, por tanto, la lesión celular se define como la pérdida de la homeostasia celular. La lesión celular depende de los siguientes factores: 1 tipo, duración e intensidad de noxa, estímulo patógeno que produce una alteración celular. 2 tipo celular sobre el que actúa la noxa 3 estado fisiológico de la célula sobre la que actúa la noxa 4capacidad de adaptación de la célula sobre la que actúa la noxa 11 Los sistemas intracelulares más vulnerables a la lesión celular son: − Integridad de las membranas biológicas, si se pierde la forma de la membrana, llevará a la pérdida de la homeostasis. − Respiración celular, si las mitocondrias no trabajan, se rompe el metabolismo basal de la célula. − Síntesis de proteínas estructurales, básicas para el funcionamiento celular. − Integridad del aparato genético, porque cualquier alteración comprometería el futuro celular. Los mecanismos bioquímicos generales que ocurren en la célula debido a una lesión son: Agotamiento del ATP, y, por tanto, aumento de la glicólisis (ruta anaerobia para obtener ATP) Producción de radicales libres y especies reactivas del oxígeno (anión superóxido) Aumento del calcio intracelular Alteración de la permeabilidad de las membranas biológicas Disminución del pH intracelular 12 3.1. Lesión celular reversible Son lesiones que se dan cuando los cambios exceden la capacidad de la célula de mantener la homeostasia, es decir, cuando la célula sobrepasa su capacidad de adaptación. Cuando cesa la noxa, la célula vuelve a su estado normal. No significa un riesgo vital para la célula, pero implica alteraciones funcionales, morfológicas y metabólicas importantes. Es una lesión relativamente leve. Los cambios estructurales que sufre una célula con lesión reversible son:Tumefacción celular o aumento del volumen celular. Es de especial relevancia el caso de Esteatosis Esteatosis Es la acumulación anormal de grasa en el citoplasma celular en forma de vacuolas lipídicas. Es un indicador de lesión no letal, reversible, pero es el precursor de la muerte celular. Existen dos tipos: La esteatosis es características de una lesión hipóxica, y suele darse en células que participan en el metabolismo de las grasas, como los hepatocitos (esteatosis hepática), pero también puede darse en el corazón, riñones, músculo, etc. Algunas causas de esteatosis son malnutrición, diabetes, obesidad, alcoholismo, etc. Imagen 10. Esteatosis vista al MO 13 3.2. Lesión celular irreversible Cuando la noxa persiste o es demasiado intensa y el daño celular es mayor, hay un punto de no retorno, en dónde la lesión se hace irreversible. Una vez iniciado el daño, aunque la noxa haya cesado, la célula ya no puede recuperar el equilibrio y muere. Por tanto, es una lesión permanente, irrecuperable y letal para la célula, que conlleva a la MUERTE CELULAR O NECROSIS. La lesión celular irreversible se asocia a una serie de cambios morfológicos y funcionales: Tumefacción mitocondrial y reticular intensa e irreversible; la célula sequeda de central energética útil para generar su metabolismo. Lisis de la membrana plasmática Lisis de la membrana de los orgánulos. Lisis de la membrana de lisosomas: autolisis enzimática Daños nucleares: condensación de la cromatina, fragmentación del núcleoen trozos y disolución del núcleo. A continuación, profundizaremos tanto en necrosis (muerte celular tras una lesión irreversible)como en apoptosis (muerte celular programada) Imagen 12. Alteraciones celulares que se dan en el proceso patológico 14 3.2.1 NECROSIS Hemos recibido una muestra de un paciente que se encuentra en el hospital y que ha sufrido una grave lesión muscular. Tras pocos días sobre las heridas traumáticas ha aparecido un edema llamativo y necrosis, junto con grandes ampollas que explotan. Estas burbujas de gas son producidas por las fermentaciones bacterianas (clostridio perfrigens), que invaden y producen gangrena gaseosa. Cuando la infección progresa los músculos inflamados se vuelven blandos, de color azul negruzco. Microscópicamente se observa una importante mionecrosis, extensa hemólisis y lesión vascular importante con trombosis, como se observa en la imagen. La necrosis es la muerte celular patológica. La célula ha sobrepasado los límites de la capacidad de adaptación y ha perdido la homeostasia. La necrosis es la manifestación más grave de enfermedad a nivel celular. Es la muerte patológica de las células o tejidos del organismo que se origina por una lesión aguda, irreversible, derivada de una situación no fisiológica o condición patológica (isquemia, hipoxia, traumatismo, infecciones, etc La necrosis excluye toda muerte celular que no sea manifestación de enfermedad; muerte de células que se están renovando continuamente como las de la epidermis, la remodelación de órganos, muerte celular en un organismo muerto como fenómeno cadavérico (sería muerte por putrefacción o autolisis), muerte que producen los fijadores, etc. Todos estos tipos de muerte no son necrosis, pues no son manifestación de enfermedad. 15 NOTA DE INTERÉS “El hombre, al igual que otros organismos, está tan perfectamente coordinado que pueda olvidar fácilmente, ya sea despierto o dormido, que es una colonia de células en acción, y que son las células las que logran, a través de él, lo que él tiene la ilusión de lograr por sí mismo”. Albert Claude 1.1. Fases de la necrosis La necrosis se divide en 3 fases: 1) Necrobiosis: la célula aún no evidencia signos de muerte, es decir, la célula está muerta pero no tiene signos morfológicos de ello. Esta fase se encuentra entre el punto de no retorno y el momento en el que empiezan a aparecer signos de la muerte celular. A microscopía óptica (MO), esta fase no puede observarse. 2) Necrofanerosis: en esta fase, se dan alteraciones morfológicas que nos permiten reconocer que la célula está muerta, ya que podemos observarlas al MO. Podemos observar alteraciones nucleares (fragmentación del núcleo en trozos, disolución nuclear) y alteraciones citoplasmáticas (pérdida de la afinidad tintorial normal, aspecto granular, bordes irregulares, hipereosinofilia, etc.). 3) Necrolisis: en esta fase se da la desintegración y disolución de la célula necrótica. Podemos observar una masa amorfa que se tiñe de rosado 16 1.2. Tipos de necrosis Dependiendo del mecanismo lesional existen varios tipos de necrosis: Necrosis por coagulación o necrosis coagulativa: Tipo de necrosis más frecuente. Generalmente se produce por isquemia (hipoxia). Se debe a que la acidosis delcitoplasma desnaturaliza proteínas y enzimas, coagulándolas. Es típica de tejidos como el corazón. Ejemplo: infarto de miocardio. Imagen 3. Necrosis coagulativa renal Imagen 4. Necrosis coagulativa intestinal 17 Necrosis por licuefacción o colicuativa: En este tipo de necrosis se lleva a cabo la digestión enzimática de la célula por acción de los neutrófilos (glóbulos blancos). Es típica de infecciones bacterianas. El tejido se licua, volviéndose acuoso y viscoso. Suele aparecer una cavidad en el órgano llamada absceso, que contiene pus (un líquido viscoso, blanco-verdoso-amarillento y opaco). Imagen 5. Necrosis por licuefacción Necrosis por caseificación o necrosis caseosa: Algunos autores consideran que es un tipo de necrosis coagulativa, ya que se produce coagulación proteica. Es característica de infecciones bacterianas (tuberculosis). La zona necrótica está compuesta por células coaguladas y detritus celulares. Se suelen observar cavidades llenas de caseum, sustancia blanquecina, similar al queso fresco, granular y seca, resultado de las células destruidas por la necros Imagen 7. Necrosis caseosa 18 Necrosis grasa o esteatonecrosis: Algunos autores la consideran un tipo de necrosis colicuativa, ya que las células se licuan, pero a diferencia de ésta, aquí no se da infección. Afecta principalmente al tejido graso. Es la licuefacción del tejido adiposo causada por enzimas. Es característica de patologías pancreáticas no infecciosas (pancreatitis aguda) en las que se liberan enzimas pancreáticas (amilasas, lipasas y proteasas) que digieren las células provocando su licuación. Imagen 9. Necrosis grasa pancreática Necrosis gangrenosa o gangrena: No es un tipo de necrosis, sino una forma particular de evolución de una necrosis, condicionada por microorganismos. Generalmente, la muerte celular se produce por isquemia, y posteriormente, se da una modificación del tejido por la acción de los microorganismos. Estos microorganismos producen la putrefacción de los tejidos, descomponiéndolos; liberan SH2 que se une a la hemoglobina, formando sulfohemoglobina, dando la coloración negruzca característica de la gangrena, y presentando un olor pútrido y húmedo. Por tanto, podemos definir gangrena como necrosis isquémica modificada por la acción de microorganismos, es decir, necrosis más infección. 19 4. APOPTOSIS Durante el envejecimiento del organismo hay una alteración de la apoptosis en diferentes tejidos. Mientras en unos hay un aumento de esta muerte celular programada, en otros hay una disminución. Por ejemplo, hay un aumento de la apoptosis en el sistema inmune, en el músculo esquelético, en el músculo cardiaco y en enfermedades neurodegenerativas, mientras que por otra parte las células cancerosas y las senescentes son resistentes a morir por apoptosis, favoreciendo su aumento durante el envejecimiento. La apoptosis es la muerte celular programada. Existen mecanismos específicos que dictan que se produzca un suicidio celular de forma genéticamente regulada. Esta muerte fisiológica es empleada por los organismos multicelulares durante el desarrollo, la morfogénesis y en el mantenimiento de la homeostasis tisular en el organismo adulto, así como para controlar el número de células y eliminar células infectadas, mutadas o dañadas. Por tanto, tiene un significado biológico muy importante, ya que interviene en la regulación del volumen tisular, en la embriogénesis, en la remodelación de los órganos durante la morfogénesis, en la renovación de los tejidos como los epitelios de revestimiento y epidermis, elimina células cuando ya han cumplido su función, etc. 20 Imagen 13. Proceso de la apoptosis En la apoptosis, se lleva a cabo: 1-La retracción del citoplasma. 2- La formación de cuerpos apoptóticos (prolongaciones celulares que se desprenden formando cuerpos apoptóticos). 3- La condensación de la cromatina. Se fragmenta y se encierra en cuerpos apoptóticos. 4- Una gran hipereosinofilia citoplasmática. 5- La fagocitosis de los cuerpos apoptóticos y de la célula por células fagocíticas. RECUERDA... La apoptosis es un proceso muy finamente regulado. Si ocurre un exceso o un defecto de apoptosis, se producen diversas patologías como malformaciones, defectos en enfermedades autoinmunes, el desarrollo, enfermedades neurodegenerativas o aparición de tumores. 21 En la apoptosis, al contrario que en la necrosis, las membranas celulares no se lesionan, los orgánulos no se alteran y no se da inflamación (porque el proceso es muy rápido, no como la necrosis que puede durar días, semanas o meses). Todos los mecanismos que se dan en la apoptosis están desencadenados por señales genéticas. La célula apoptótica estaba predestinada genéticamente a morir en un determinado momento. Imagen 14. Cambios morfológicos en necrosis y apoptosis 22 RESUMEN FINAL Como se ha visto a lo largo de la unidad, cuando la célula se encuentra en un estado de equilibrio interno con respecto al medio que le rodea, se dice que está en homeostasia. Pero este estado puede ser perturbado por un daño o estimulo patológico, que provocará una alteración en la célula. Ésta intentará adaptarse al estímulo, para mantener la homeostasia, pero si no es posible esta adaptación, se lesionará. Primero lo hará de forma leve y reversible, pero si el daño continúa, la lesión llegará a un punto de no retorno, la cual será irreversible y letal para la célula. La muerte celular patológica se conoce como necrosis. El estímulo que hace que la célula muera es una noxa, es decir, un agente patológico (microorganismo, hipoxia, sustancia química nociva, traumatismo, radiación, etc.). La necrosis es una muerte lenta, en la que aparece inflamación y todos los componentes celulares se alteran, dándose una salida de las enzimas hidrolíticas de los lisosomas que producen la autodigestión de la célula. Sin embrago, la apoptosis no es un mecanismo patológico, si no fisiológico. Se trata del suicidio de la célula y está programada genéticamente. Es una muerte rápida, en la que los componentes celulares están intactos, sin alteraciones, y no aparece inflamación. 23