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Tema 3: Adaptación celular, daño y muerte I
M 11 de Febrero del 2015 Julio/Agosto/etc
13:05 – 14:10
Dr. Donato
Normalmente las células tienen cierta capacidad de adaptación, cuando el estrés sobre una célula es tan intenso
que no se puede reparar se va a dar una primer lesión y luego comienza la muerte celular. Otros factores que
generan que la célula evolucione hacia la muerte son: estar expuesta a agentes dañinos o poseer un daño
estructural como por ejemplo proteínas mal plegadas.
Primero se genera una lesión reversible lo que quiere decir que si se detiene el estímulo o la célula puede
reparar el daño se puede revertir a un estado normal. Llega el punto en la lesión en el que los mecanismos
internos ya están tan dañados que la lesión se vuelve irreversible y la célula evoluciona hacia la muerte. El
principal daño irreversible es el daño en la membrana celular de los lisosomas que tienen enzimas que pueden
provocar la lisis celular o el daño a las mitocondrias ya que estas brindan la energía a las células. La muerte
celular se da por dos patrones: la necrosis y la apoptosis.
Necrosis
La necrosis se presenta cuando las enzimas de los lisosomas salen y digieren las células. La célula se hincha y
“explota” lo que ocasiona la salida del contenido provocando una respuesta inflamatoria. Las causas que pueden
producir necrosis son: estímulos externos como isquemia, en caso de un infarto agudo de miocardio lo que
genera que no llegue ni sangre ni oxígeno, toxinas, infecciones, traumas, generalmente todo lo que sea un
estímulo muy grande y externo al funcionamiento de las células (estímulo patológico).
Apoptosis
Cuando la célula detecta que está dañada y al detectar que hay algo mal entra en una programación de muerte
para eliminarse. Sucede cuando hay daño en el ADN, daño en las proteínas no reparables o cuando la célula es
desprovista de factores de crecimiento. Lo que sucede es la disolución del núcleo y la pérdida de las membranas
generando los cuerpos apoptóticos y al no haber salida de los contenidos celulares no hay una respuesta
inflamatoria.
Puede ser fisiológico ya que así es como se mueren las células normalmente cuando el cuerpo no las necesita o
patológico ya que los mismos estímulos de la necrosis cuando no son muy intensos pero algunas de las
estructuras celulares sí quedan dañadas se genera apoptosis. Las células macrofágicas finamente fagocitan los
cuerpos apoptóticos.
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Tema 3: Adaptación celular, daño y muerte I
Figura 1. Comparación entre necrosis y Apoptosis.
Causas de la lesión
Deprivación de oxigeno
La hipoxia se genera cuando hay una diminución del oxígeno que llega a la célula y se diferencia de la isquemia
en que en esta última no llega sangre por lo que tampoco llegan otros nutrientes importantes. La hipoxia se
puede presentar en un paciente con EPOC que tiene bajos niveles de oxígeno en la sangre, neumonía,
respiración con CO o anemia. El oxígeno es utilizado en la fosforilación oxidativa mitocondrial por lo que se deja
de producir ATP al haber deprivación de oxígeno.
Agentes químicos
Se pueden incluir sustancias que al principio parecen inocuas como agua, sal, glucosa ya que cuando aumenta o
disminuye su concentración se generan desequilibrios osmolares, por ejemplo los pacientes diabéticos que
poseen una alta concentración de glucosa en la sangre. También entre los agentes químicos se encuentran los
venenos que dañan las membranas y enzimas, insecticidas, drogas, fármacos y contaminación.
Agentes infecciosos
Por ejemplo los virus, parásitos, etc. que afectan de forma diferente la célula.
Reacciones inmunes
Cuando el sistema inmune ataca a las mismas células en lugar de defender al organismo.
Factores genéticos
Alteraciones cromosómicas como trisomías o mutaciones puntales que afecten enzimas o la formación de
proteínas.
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Desbalances nutricionales
Como por ejemplo cuando el cuerpo presenta déficit de vitaminas u obesidad. En la obesidad por ejemplo en el
hígado la acumulación de tejido graso puede ocasionar daño celular.
Agentes físicos
Hipertermia, hipotermia, radiación, electricidad, cambios en la presión atmosférica.
Envejecimiento
Altera la capacidad de replicación y reparación de las células lo que las vuelve más susceptibles a sufrir daño.
Los cambios en la célula al sufrir una lesión
Primero se dan cambios en la función celular, luego muerte celular y finalmente se dan cambios morfológicos.
Por ejemplo un infarto al miocardio lo primero que sucede en los primeros dos minutos es que el corazón deja
de latir, de 20 a 30 minutos se da la muerte celular, de 2 a 3 horas se observan cambios con microscopia
electrónica y hasta 6 o 12 horas después se ven los cambios en microscopia de luz. Incluso los cambios
macroscópicos se observan de 12 a 24 horas luego de la muerte celular.
Figura 2. Cambios celulares al momento de sufrir una lesión irreversible. Se observa como primero se afecta la
función celular, luego se dan los cambios bioquímicos y estructurales, luego estos cambios pueden ser
observables en microscopio de luz y finalmente se dan cambios macroscópicos.
Los principales cambios irreversibles son:
-
Daño a membranas lisosomales: tienen enzimas que pueden digerir la célula si se liberan y si se pierde la
membrana celular.
Daño a mitocondrias: son las que producen energía.
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Tema 3: Adaptación celular, daño y muerte I
Cambios en microscopio de luz cuando la lesión es reversible:
Se genera una hinchazón celular al haber daño en las bombas de iones lo que genera que estos se acumulen a
nivel intracelular e ingresen fluidos a la célula por gradiente osmótico. Se puede manifestar en: aumento de
tamaño o aparición de vacuolas claras en el citoplasma lo que se llama cambio hidrópico o degeneración
vacuolar.
También se observa un cambio graso, el cual no es porque se acumulen triglicéridos o colesterol si no que a nivel
del hígado o del corazón, en donde se metabolizan las grasas, cuando las células se dañan no funcionan
adecuadamente y se acumulan grasas dentro del citoplasma.
Necrosis
Muerte celular asociada a la pérdida de membranas y salida de contenidos celulares lo que llama a una
respuesta inflamatoria y se inician los procesos de reparación. La digestión enzimática es dada por las enzimas
lisosomales de las células dañadas o los leucocitos que llegan que también van a liberar los contenidos
lisosomales.
Cambios morfológicos:
-
-
Citoplasmáticos: eosinofilia (célula más rosada por la eosina) debido a la desnaturalización de las
proteínas y también por la pérdida del ARN. Recordar que la hematoxilina tiñe los núcleos con ADN y un
poco el ARN por lo que al perder el ARN la célula lesionada se pierde se pierde la leve tinción con
hematoxilina. Aparecen también en el citoplasma vacuolas y figuras de mielina por la degeneración de
los fosfolípidos.
El núcleo puede tener 3 patrones: Kariolisis o desvanecimiento del núcleo, Picnosis o concentración de
los contenidos nucleares al hacerse pequeño y Kariorrexis o fragmentación nuclear.
Una vez se da la muerte celular se genera inflamación y la célula muerta se transforman en figuras de
mielina o se pueden calcificar.
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Tema 3: Adaptación celular, daño y muerte I
Figura 3. Tipos de destrucción nuclear durante la Necrosis
Patrones de necrosis
Son importantes porque dependiendo de la causa de muerte algunos patrones se repiten en órganos, y otros
son específicos de algunas enfermedades. Por lo que brindan pistas de que le ocurrió al tejido necrosado.
Coagulativa:
“Como que se coagula el tejido” por lo que se conserva la estructura del órgano y se reconoce fácilmente. Lo
que un observa es el fantasma de lo que era el tejido, esto debido a que las proteínas se desnaturalizan y se
piensa que incluso las enzimáticas lo que permite mantener la estructura fundamental de las células.
Generalmente los infartos generan una necrosis coagulativa excepto el de cerebro.
Figura 4. Necrosis coagultiva en riñón.
En la figura 4 se observa un riñón con un infarto y en el corte histológico se reconoce tejido viable, los túbulos
del lado derecho tienen necrosis coagulativa pero todavía se reconoce que es tejido renal. El tejido necrosado es
más eosinofílico por la desnaturalización de las proteínas y la perdida de ácidos nucleicos. Otro aspecto
importante es que las células necrosadas pierden el núcleo y otra característica es la presencia de células
inflamatorias agudas.
Licuefactiva:
“Es como si agarran el tejido y lo echaran en una licuadora.”
La necrosis licuefactiva generalmente se da por infecciones de bacterias pirógenas y algunos hongos que llegan
al tejido lo destruyen y se da la formación de pus. El pus es un líquido color verdoso que es un “puré” de
bacterias, células muertas y células inflamatorias, lo que genera que macroscópicamente solo se observe el pus
y no la estructura del órgano. También Induce una intensa respuesta leucocitaria.
Es la que se da cuando se presenta isquemia cerebral.
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Figura 5. Necrosis licuefactiva en cerebro.
Gangrenosa:
No es un patrón distintivo es más un término clínico patológico y se usa para necrosis de miembros inferiores
por isquemia a la cual se agrega una sobreinfección bacteriana.
Caseosa:
Se da por tuberculosis o algunos hongos, posee un aspecto caseoso que se asemeja al queso cuando se observa
macroscópicamente. Cuando se observa histológicamente se ve un tejido licuado que está rodeado por
granulomas que son estructuras formadas por macrófagos epiteloides (recuerdan células epiteliales debido al
citoplasma eosinofílico). Los macrófagos a veces se juntan y hacen células gigantes.
Los granulomas pueden ser no caseosos en otro tipo de enfermedades pero son caseosos cuando poseen el
centro necrótico, lo que ayuda a diferenciar procesos infecciosas de otros procesos como cuerpos extraños no
asociados a infecciones.
Figura 6. Necrosis caseosa.
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Grasa:
Se presenta casi exclusivamente en pancreatitis. Al inflamarse el páncreas se da la liberación de enzimas
pancreáticas y se auto digiere la grasa que esta alrededor del tejido pancreático lo que produce la grasa
necrótica que es un sitio donde puede llegar a adherirse fácilmente el calcio a lo que se le llama Saponificación.
De manera histológica se observan sombras de grasa necrótica y depósitos basófilos que son el calcio.
Figura 7. Necrosis Grasa.
En la figura 7 las zonas blancas muestran los depósitos de calcio e histológicamente se ven los fantasmas de la
grasa que no tienen núcleos y se observa alrededor depósitos de calcio.
Fibrinoide:
Es el único tipo visible únicamente histológicamente, lo que quiere decir que macroscópicamente no se
observan cambios. Generalmente está limitado a los vasos sanguíneos y sobre todo cuando hay una enfermedad
autoinmune por lo que se depositan los antígenos y anticuerpos en su pared generando una reacción
inflamatoria que produce una necrosis de la pared. Como hay salida de fibrina del plasma se genera una
coloración más eosinofílica (rosada brillante).
Figura 8. Necrosis fibrinoide
La salida de proteínas intracelulares puede detectarse en la sangre de ciertos tejidos y esto puede ayudar a
detectar lesiones en los órganos. Los pacientes con infartos tienen elevada la creatin quinasa y la troponina.
Cuando se da una obstrucción de Conductos biliares se libera fosfatasa alcalina y cuando hay destrucción de
Hepatocitos se liberan las transaminasas AST y ALT.
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Mecanismos moleculares del daño celular
La respuesta de la célula depende del tipo de lesión, la duración y la severidad no es lo mismo una lesión
pequeña a una de larga duración. Las consecuencias van a depender del tipo, estado, adaptabilidad y genética
de las célula dañada por lo que no todos los tejidos reaccionan igual ante los mismos estímulos inflamatorios.
El daño celular resulta de anormalidades en uno o más componentes celulares esenciales: daños
mitocondriales, ATP, alteraciones en la concentración de calcio, daño en las membranas, daño al ADN o un
incorrecto ensamblaje de proteínas. Un solo estímulo puede dañar varios de estos componentes que en
conjunto va a dar la lesión de toda la célula.
Mecanismos bioquímicos de lesión celular
Depleción de ATP
Recordar que el ATP es producido en las mitocondrias y es importante el oxígeno, entonces si este disminuye la
cantidad de oxígeno celular o disminuyen los nutrientes se genera un daño mitocondrial. También el daño se
puede generar por toxinas y lo que produce es una disminución del ATP que produce a su vez:
-
Reducción de la actividad de la bomba sodio potasio lo que genera que se acumule sodio en el
citoplasma y se genera edema.
Se da un aumento de la glicolisis anaeróbica produciendo el ácido láctico “recordar que es la vía
alternativa de producción de energía” y se genera una acidosis.
Fallan las bombas de calcio y este aumenta a nivel intracelular lo que estimula la muerte por apoptosis.
Alteraciones en la síntesis de proteínas
Daño mitocondrial
Produce la depleción del ATP pero también puede producir una fosforilación oxidativa anormal que aumenta los
radicales libres que producen un aumento del estrés oxidativo y la salida de los citocromos (donde se produce el
ATP en la mitocondria) al citoplasma y estos estimulan a la célula a sufrir muerte por apoptosis.
Flujo de calcio
Normalmente el calcio se encuentra fuera de la célula o dentro de las organelas por lo que a nivel citoplasmático
su concentración es baja; cuando se aumenta se activan ciertas enzimas a nivel citoplasmático como:
fosfolipasas, proteasas, endonucleasas y adenosis trifosfatasas que van a descomponer esos componentes y
también inicia la apoptosis al activar a las caspasas.
Radicales libres
Los radicales libres son especies químicas con un electrón no pareado en la órbita externa lo que hace que sean
inestables y busque formar enlaces covalentes para estabilizarse. Reaccionan con ADN, proteínas y lípidos con
el problema que cuando reaccionan pueden alterar la función de estas estructuras, incluso pueden producir
propagación en cadena y los fosfolípidos pueden producir otros radiales libres.
Se pueden producir radicales libres en lesiones de isquemia – reperfusión que son cuando se genera una
obstrucción en una arteria y se reestablece el flujo y como la célula ya está dañada se producen formas
anormales del oxígeno. También se generan radicales libres cuando hay lesión química y radiación ionizante,
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toxicidad de oxígeno, envejecimiento celular, células fagocíticas y las células inflamatorias incluso forman
radiales libres para combatir las infecciones por lo que cuando hay necrosis pueden aumentar los radicales
libres.
Otras formas de producción:
- En reacciones de oxidación – reducción en la respiración mitocondrial
- Por macrófagos y neutrófilos en los fagosomas y fagolisosomas tanto para liberarlos al exterior como
para destruir lo que han fagocitado.
- El óxido nítrico producido por leucocitos es un radical libre que se utiliza para combatir infecciones.
Estrés oxidativo
El aumento de los radicales libres genera desequilibrio entre radicales y antioxidantes. Los mecanismos
antioxidantes van desde la descomposición espontánea hasta enzimas como la Glutatión peroxidasa, catalasa,
superóxido dismutasa y las Vitaminas sobre todo AEC. Cuando hay un desequilibrio se presenta la lesión celular.
Defectos de la permeabilidad de la membrana
Puede producirse por: disminución síntesis fosfolípidos, aumento de la destrucción de fosfolípidos, radicales
libres, anomalías del citoesqueleto, productos de degradación de los lípidos que no solo afectan la membrana
plasmática si no que puede afectar la membrana lisosomal o a las mitocondrias.
Daño al ADN y proteínas
Hay mecanismos para reparar el ADN pero si el daño al ADN no se puede corregir entonces la célula puede
empezar estímulos para producir apoptosis. El daño por acumulación de proteínas mal dobladas en los
lisosomas generan un crecimiento de estos y dejan de funcionar adecuadamente.
Apoptosis
Muerte celular en la cual las células activan enzimas que degradan el propio ADN y proteínas, es un proceso
ordenado que no da una respuesta inflamatoria y al final se forman los cuerpos apoptóticos que son
fagocitados por macrófagos principalmente. Puede coexistir con la necrosis, como vimos en condiciones
fisiológicas normales solo ocurre apoptosis pero cuando hay estímulos lesivos talvez en el centro de la lesión hay
necrosis pero en la periferia donde se encuentran las células que no fueron tan dañadas se da apoptosis.
Causas
Apoptosis fisiológica:
-
Durante la Embriogénesis las estructuras que ya no se necesitan sufren apoptosis.
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-
-
Deprivación de hormonas, por ejemplo cuando el endometrio deja de recibir el estímulo de estrógenos y
progesterona sufre apoptosis generando la menstruación
Pérdida celular en poblaciones en proliferación por ejemplo: un hígado que se está regenerando y hay
células que no se necesitan entonces sufren apoptosis
Eliminación de células que ya no son útiles
Eliminación de linfocitos auto reactivos: cuando se da la maduración de los linfocitos dentro del timo los
que son auto reactivos (reconocen sus propios antígenos) con destruidos por apoptosis para evitar que
no vayan a generar una reacción contra los antígenos de la misma persona.
Muerte celular inducida por linfocitos T citotóxicos
Apoptosis en condiciones patológicas
-
Daño ADN
Acumulación de proteínas mal dobladas
Infecciones – virales
Atrofia de órganos luego de obstrucción de ductos
Cambios al microscopio
Las células se encogen, se forman cuerpos apoptóticos y el núcleo sufre carriorrexis.
Figura 10. A. célula apoptotica C. cuerpos apoptóticos.
Mecanismos de apoptosis:
La apoptosis es mediada por un conjunto de enzimas llamadas caspasas, las cuales son proteasas de cisteína que
cortan proteínas luego de residuos aspárticos. La activación de las caspasas depende del balance de proteínas
pro y anti apoptóticas.
Hay dos vías principales por las cuales la célula recibe la señal de entrar en apoptosis:
A. Vía mitocondrial (intrínseca) : cuando hay liberación de los citocromos de la mitocondria y estos activan
a las caspasas.
B. Vía del receptor de la muerte (extrínseca): una molecula se une con su receptor y produce que la célula
entre en apoptosis.
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Vía mitocondrial
Se da cuando Los citocromos C salen de la mitocondria y activan la apoptosis. Hay varias moléculas de la familia
BCL 2 que pueden favorecer o inhibir la apoptosis por medio de unión a la membrana de la mitocondria. Cuando
se unen a la pared y evitan la formación de poros inhiben la apoptosis, mientras que otras se introducen a la
membrana y generan un poro favoreciendo la salida de los citocromos.
Si las células reciben estímulos de crecimiento y señales de supervivencia por estímulos hormonales o
citoquinas se producen proteínas que inhiben la apoptosis como: Bcl-2 y Bcl-xl ambas se unen a la membrana
de la mitocondria para evitar que salgan los citocromos e inactivan proteínas que más bien favorecen la salía de
citocromos cmo Bax y Bak. Si la célula sufre un daño mas bien se aumenta la producción de Bax y Bak y estas
forman un poro en la membrana mitocondrial para la salida de los citocromos que activan a las caspasas.
Vía más frecuente.
Figura 11. A. Célula bajo factores de supervivencia B. célula bajo señales apoptóticas.
El ejemplo de la derecha es con estímulos de crecimiento por lo que se producen Bcl-2 y Bcl-x que se unen a la
membrana mitocondrial y no permiten la salida del citocromo y el ejemplo de la derecha es cuando sí se da la
apoptosis ya sea porque la célula sufre un daño o no hay señales de factores de crecimiento.
Vía receptor de la muerte
Actúa por receptores de TNF y FAS estos cuando son activados activan a la caspasa 8. Los linfocitos tiene
Ligando FAS que puede estimular la muerte en células que expresen FAS. También estos receptores estimulan la
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producción de Bid, que es un proapoptótico de la familia del bcl-2. Aunque el estímulo viene de afuera se logra
estimular la salida de los citocromos.
Figura 11. Vía Fas.
En la Figura 11 se tiene el ligando FAS que se une al receptor Fas que activa un complejo enzimático que hace
que la procaspasa 8 se convierta en caspasa 8 quitándole un residuo y así se activan las caspasas ejecutoras.
Activación y función de caspasas
Las caspasas 8 y 9 son las iniciadoras y luego actúan las ejecutoras que activan vías que terminan produciendo
nucleasas, que degradan el ADN. También degradan componentes de la matriz y el citoesqueleto hasta que se
forman los cuerpos apoptóticos que son fagocitados.
Limpieza de células apoptóticas
Las células apoptóticas expresan fosfatidilserina que normalmente está en la parte interna de la céula y esta es
reconocida por los macrófagos.
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FIGURA 13. Resumen vías de muerte celular
En la figura 13 se observa un resumen de las dos vías. La vía intrínseca se da por un desequilibrio de factores
apoptóticos y antiapoptoticós que al final genera la salida del citocromo. Y en la extrínseca viene un ligando y
su unión a un receptor activa la formación de las caspasas. La vía es parecida: fragmentación del ADN,
destrucción del citoesqueleto y proteínas, formación de los cuerpos apoptóticos que expresan fosfatidilserina y
que esta es reconocida por los macrófagos .
P 53
Proteína policía o vigilante del funcionamiento normal de la célula cuando hay daños del AND aumenta la
producción de p53 y este retrasa el ciclo celular y pone a la célula en un estado de detención y activa proteínas
proapoptóticas de la familia Bcl-2 lo que hace es: inhibir a la célula de seguirse replicando y luego induce a la
muerte celular.
Esto induce a muchas neoplasias, ya que muchas neoplasias se generan al haber mutaciones del p53 entonces
no ejerce la función y las células mutadas se pueden seguir replicando.
Cuadro 1. Comparación de la muerte celular por Necrosis o Apoptosis
Tamaño celular
Núcleos
Membrana plasmatica
Contenido celular
Inflamación
Rol fisiologico o patologico
Necrosis
Hinchada
Kariolisis, Picnosis, Kariorrexis
Rompe en estadios iniciales
Digestion enzimatica por liberacion
de las enzimas lisosomales y salen
al liquido extracelular
Presente
Patologico
Apoptosis
Diminuida de tamaño
Fragmentación
Permanece intacta hasta el final
Empaquetado
en
cuerpos
apoptoticos
Ausente
Ambas
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