I Patologia Celular

Robbins PATOLOGA ESTRUCTURAL y FUNCIONAL 1

Robbins

PATOLOGA ESTRUCTURAL y FUNCIONAL


Patologa celular 1: Lesin y muerte celulares INTRODUCCIN A LA ANATOMA PATOLGIC. DEFINICIONES

MORFOLOGA DE LA LESIN CELULAR REVERSIBLE Y LA NECROSIS

RESPUESTAS SUBCELULARES A LA LESIN CELULAR

CAUSAS DE LESIN CELULAR LESIN Y NECROSIS CELULAR

Lesin reversible Necrosis

CATABOLISMO LISOSMICO

MECANISMOS BIOQUMICOS GENERALES

APOPTOSIS INDUCCION (HIPERTROFIA) REL

LESIN ISQUMICA E HIPXICA Lesin celular por isquemia/hipoxia

DEFINICIN Y CAUSAS CARACTERSTICAS BIOQUMICAS'

ALTERACIONES MITOCONDRIALES

Lesin celular reversible Lesin celular irreversible

MECANISMOS EJEMPLOS ESPECFICOS DE APOPTOSIS

ALTERACIONES DEL CITOESQUELETO

Lesin por isquemia/reperfusin

Lesin celular inducida por radicales libres. Lesin qumica

INTRODUCCIN A LA ANATOMA PATOLGICA O PATOLOGA Literalmente, patologa es el estudio (logos) del sufrimiento (pathus'). De forma ms especfica, es una disciplina

puente que implica tanto ciencia bsica como prctica clnica y que se dedica al estudio de los cambios estructurales y funcionales ele las clulas, tejidos y rganos que son la base de la enfermedad. Mediante el uso de tcnicas moleculares, microbiolgicas, inmunolgicas y morfolgicas, la anatoma patolgica intenta explicar los porqu de los signos y sntomas manifestados por los pacientes, a la vez que proporciona un fundamento slido para una asistencia y tratamiento clnicos racionales.

Tradicionalmente, el estudio de la anatoma patolgica se ha dividido en patologa general y patologa sistmica o especial. La primera se ocupa de las reacciones bsicas de las clulas frente a los estmulos anormales que son la base de todas las enfermedades. La segunda examina las respuestas especficas de los rganos y tejidos especializados frente a estmulos ms o menos bien definidos. En este libro, se tratarn en primer lugar los principios de la anatoma patolgica general y, a continuacin, se expondrn los procesos patolgicos especficos en la medida que afectan a sistemas y rganos determinados.

Los cuatro aspectos de un proceso patolgico que forman el ncleo de la anatoma patolgica o patologa son: Su causa (etiologa): los mecanismos de su desarrollo (partogenia); las alteraciones estructurales inducidas en las clulas y rganos del cuerpo (cambios morfolgicos) y las consecuencias funcionales de los cambios morfolgicos (significado tpico).

Etiologa o causa. El concepto de que ciertos sntomas anormales o enfermedades son causados es tan antiguo como la propia historia escrita. Para los Arcadianos (2500 a.C.), si alguien enfermaba era por culpa del propio paciente (por haber pecado) o por la accin de agentes externos, como, por ejemplo, malos olores, fro, espritus demonacos o dioses'. En trminos modernos, hay dos clases principales ele factores etiolgicos: intrnsecos o genticos. y adquiridos (p. ej., infecciosos, nutricionales, qumicos, fsicos). El conocimiento o descubrimiento de la causa principal sigue siendo la piedra angular sobre la que puede realizarse un diagnstico, comprenderse una enfermedad o desarrollarse un tratamiento. Sin embargo, cl concepto de un agente etnolgico para una enfermedad (desarrollado a partir del estudio de infecciones o trastornos gnicos simples) no es ya suficiente. Los factores genticos estn claramente implicados en algunas de las enfermedades comunes inducidas por mecanismos ambientales, como la aterosclerosis y el cncer, y los factores ambientales pueden tener tambin profundas influencias sobre ciertas enfermedades genticas.

Patogenia. La patogenia se refiere a la secuencia de acontecimientos en la respuesta de las clulas o tejidos frente al agente etiolgico, desde el estmulo inicial hasta la ltima expresin de la enfermedad. El estudio de la patogenia sigue siendo una de las principales ocupaciones de la anatoma patolgica. Incluso cuando se conoce el agente infeccioso inicial o la causa molecular, que clan todava muchos pasos de la expresin de la enfermedad por dilucidar. Por ejemplo, comprender la fibrosis qustica no slo es conocer el gen defectuoso y su producto gnico sino tambin los procesos bioqumicos, inmunolgicos y morfolgicos que conducen a la aparicin de quistes y fibrosis en el pulmn, pncreas y otros rganos. En efecto, como se ver a lo largo de este libro, la revolucin molecular ya ha permitido identificar genes mutantes que dan lugar a la aparicin de un gran nmero de enfermedades, y tiene previsto el conocimiento (le todo el genoma humano en un corto perodo de tiempo. No obstante, todava no se conocen con precisin las funciones de las protenas codificadas ni los mecanismos por los que las mutaciones inducen la aparicin de enfermedad. Por tanto, el estudio de la patogenia nunca ha sido corno ahora tan excitante desde el punto de vista cientfico ni tan relevante para el desarrollo de nuevos tratamientos.

Cambios morfolgicos. Los cambios morfolgicos se refieren a las alteraciones estructurales en clulas y


tejidos que son caractersticas de la enfermedad o diagnsticas del proceso etiolgico. Trastornos funcionales y significado clnico. La naturaleza de los cambios morfolgicos y su distribucin en

los diferentes rganos o tejidos influyen sobre la funcin normal y determinan las manifestaciones clnicas (sntomas y signos), la evolucin y el pronstico de la enfermedad.

Prcticamente, todas las formas de lesin orgnica comienzan con alteraciones moleculares o estructurales en las clulas, un concepto empleado por primera vez en el siglo XIX por Rudolf Virchow, conocido como el padre de la anatoma patolgica moderna. Por tan lo, se iniciar la exposicin de la anatoma patolgica con el estudio de los orgenes, mecanismos moleculares y cambios estructurales de la lesin celular. Con todo, las diferentes clulas de los tejidos interactan constantemente unas con otras, y es necesario un elaborado sistema de matriz extracelular para la integridad de los rganos. Las interacciones clula-clula y clula-matriz contribuyen de forma significativa a la respuesta frente a la lesin, conduciendo en conjunto a una lesin tisular y orgnica, que es tan importante copio la lesin celular a la hora de definir los patrones morfolgicos y clnicos de la enfermedad.

DEFINICIONES La clula normal est confinada en un rango muy estrecho de funcin y estructura por sus programas genticos

de metabolismo, diferenciacin y especializacin; por las restricciones de las clulas vecinas, y por la disponibilidad de sustratos metablicos. No obstante, es capaz de manejar las demandas fisiolgicas normales (llamadas homeostasis normal). Los estmulos fisiolgicos ms excesivos y algunos estmulos patolgicos pueden llevar a una serie de adaptaciones celulares fisiolgicas y morfolgicas, en las que se alcanza un estado nuevo pero claramente alterado, preservando la viabilidad de la clula y modulando su funcin en respuesta a tales estmulos. Por ejemplo, los msculos prominentes de los deportistas dedicados al levantamiento de pesas son el resultado de adaptaciones celulares, de manera que el aumento en la masa muscular refleja el aumento de tamao de las fibras musculares in-dividuales. La carga de trabajo es, por tanto, compartida por una masa mayor de componentes celulares y a cada fibra muscular se le ahorra un exceso de trabajo, escapando de este modo a la lesin. La clula muscular hipertrofiada alcanza un nuevo equilibrio que le permite sobrevivir a un nivel de actividad elevado. Esta respuesta adaptativa se denomina hipertrofia. Por el contrario, la atrofia es una respuesta adaptativa en la que existe una reduccin en el tamao y funcin de las clulas. stas y otras adaptaciones celulares se expondrn en el Captulo 2.

Si se exceden los lmites de la respuesta adaptativa a un estmulo, o en ciertas circunstancias en las que la adaptacin no es posible, se produce una serie de acontecimientos, denominada, de forma imprecisa, lesin celular. La lesin celular es reversible hasta un cierto punto, pero si el estmulo persiste o es lo suficientemente intenso desde el principio, la clula alcanza el punto de no retorno y sufre una lesin celular irreversible y muerte celular. Por ejemplo, si el aporte sanguneo a un segmento del corazn se interrumpe durante 10 a 15 minutos y despus se restablece, las clulas miocrdicas se lesionan pero pueden recuperarse y funcionar con normalidad. Sin embargo, si el flujo sanguneo no se restablece hasta una hora despus, sobreviene una lesin celular irreversible y muchas clulas miocrdicas mueren. Adaptacin, lesin reversible, lesin irreversible y muerte celular pueden considerarse etapas de alteracin progresiva de la funcin y estructura normales de la clula (Fig. 1-1).

Miocito adaptado

(hipertrofia)


Corazn normal

Figura 1.1. Muerte celular

Relaciones entre las clulas miocrdicas normales, adaptadas, con lesin reversible y muertas. La adaptacin celular que se recoge en la imagen es la hipertrofia y el tipo de lesin celular es la necrosis isqumica. En el miocardio con lesin reversible, se producen generalmente slo efectos de tipo funcional, sin cambios aparentes macro ni microscpicos. En el ejemplo de hiperirofia miocrdica, la pared del ventrculo izquierdo tiene un grosor de ms de 2 cm (lo normal es de 1 a 1.5 cm). En la muestra que presenta necrosis, la zona clara transmural (le la parte posterolateral del ventrculo


izquierdo represema un infarto miocrdico agudo. Los tres cortes transversales han sido teidos con cloruro de trifeniltetrazolio, un sustrato enzimtico que colorea el miocardio viable con un tono magenta. La ausencia de tincin se debe a lu prdida de enzimas tras la muere celular.

La muerte celular, que representa el resultado final de la lesin celular, es uno de los acontecimientos ms importantes en anatoma patolgica, afecta a cualquier tipo celular y es la principal consecuencia de la isquemia (falta de flujo sangu-neo), infeccin, toxinas y reacciones inmunitarias. Adems, es un elemento crucial durante la embriognesis normal, el desarrollo del tejido linfoide y la involucin inducida por mecanismos hormonales, y representa el objetivo de la radioterapia y quimioterapia del cncer.

Existen dos patrones principales de muerte celular, la necrosis y la apoptosis-. La necrosis o necrosis por coagulacin es el tipo ms comn de muerte celular tras estmulos exgenos, y se produce por agresiones como la isquemia y la lesin qumica. Se manifiesta por hinchazn celular intensa o fragmentacin celular, desnaturalizacin y coagulacin de las protenas citoplsmicas y fragmentacin de las organelas celulares. La apoptosis se produce cuando una clula muere tras la activacin de un programa interno de suicidio. Representa una desestructuracin sutilmente orquestada de los componentes celulares cuya funcin es la eliminacin normal de poblaciones celulares no deseadas durante la embriognesis y en diferentes procesos fisiolgicos. Las clulas con este destino son eliminadas con alteraciones disruptivas mnimas del tejido que las rodea. Sin embargo, tambin se produce en condiciones patolgicas en las que se acompaa, en ocasiones, de necrosis. Sus principales caractersticas morfolgicas son la condensacin y fragmentacin de la cromatina. Aunque los mecanismos de necrosis y apoptosis presentan diferencias como veremos ms adelante, existe un solapamiento considerable entre ambos procesos. Recientemente, se ha introducido un nuevo trmino, oncosis, para definir las alteraciones preletales que anteceden a la muerte celular por necrosis. Estas alteraciones se caracterizan por tumefaccin celular (ancas, trmino griego para tumefaccin) y se pueden distinguir de las alteraciones preletales de la apoptosis, que se acompaan principalmente de contraccin y reduccin del tamao celular. Todava no se sabe si este trmino alcanzar la trascendencia considerada por sus creadores. Los cambios celulares descritos (lesin celular reversible e irreversible que conduce a necrosis o (apoptosis) son patrones morfolgicos de una lesin celular aguda inducida por diversos estmulos. Otros grupos de alteraciones celulares morfolgicas se recogen en la Tabla 1-1: alteraciones subcelares, que se producen principalmente en respuesta a estmulos lesivos subletales o crnicos: acumulaciones intracelalares de diversas sustancias (lpidos. carbohidratos y protenas) que se producen como resultado de trastornos en el metabolismo celular: calcificacin patolgica, una consecuencia frecuente de la lesin celular y tisular y enrejecimiento celular. En este captulo, consideraremos en primer lugar las grandes categoras de agresiones o estmulos nocivos que inducen lesin celular, a continuacin se expondrn las diferentes formas de lesin celular aguda, entre ellas la necrosis y la apoptosis; finalmente, se describirn alteraciones subcelulares seleccionadas inducidas por estmulos subletales. El Captulo 2 completa la exposicin de la patologa celular con una consideracin de las formas de adaptacin celular; las acumulaciones intracelulares.la calcificacin patolgica y el envejeciniiento celular. Tabla 1-1. RESPUESTAS CELULARES A LA LESIN

Lesin celular aguda (Captulo 1) Lesin reversible Muerte celular Necrosis Apoptosis

Alteraciones subcelulares en la lesin subletal y crnica (Captulo 1) Adaptaciones celulares (Captulo 2)

Atrofia. Hipertrofa, hiperplasia, metaplasia Acumulaciones intracelulares (Captulo 2) Calcificacin patolgica (Capitulo 2) Envejecimiento celular(Capmlo2)

CAUSAS DE LESIN CELULAR

Las causas de lesin celular reversible y de muerte celular oscilan entre la gran violencia fsica externa de un accidente de automvil y las causas endgenas internas, como una leve carencia gentica de una enzima vital que deteriora la funcin metablica normal. La mayor parte de las influencias adversas se pueden agrupar en las siguientes categoras generales.

Privacin de oxgeno. La hipoxia, una causa sumamente importante y comn de lesin y muerte celular, afecta a la res-piracin oxidativa aerobia. La hipoxia se debe diferenciar de la isquemia, que representa una prdida del aporte sanguneo debido a alteraciones en el flujo arterial o la reduccin del drenaje venoso en un tejido. Al contrario que en la hipoxia, du-rante la cual puede continuar la produccin de energa glueoltica, la isquemia compromete la disponibilidad de sustratos metablicos (aportados por el flujo sanguneo) entre ellos la glucosa. Por esta razn, la isquemia suele producir la lesin ti-sular de una manera ms rpida que la hipoxia. Una causa de hipoxia es la oxigenacin insuficiente de la sangre debido a insuficiencia cardiorrespiratoria. La prdida de la capacidad transportadora de oxgeno de la sangre, como en la anemia o en la intoxicacin por monxido de carbono (que produce una carbonomonoxihemoglobina estable que bloquea el transporte de oxgeno), es una causa menos frecuente de privacin de oxgeno. Segn la gravedad del estado hipxico, las clulas pueden adaptarse, sufrir lesin o morir. Por ejemplo, si se estrecha la arteria femoral, las clulas de los msculos esquelticos de la pierna pueden disminuir su tamao (atrofia). Esta reduccin en la masa celular alcanza un equilibrio entre las necesidades metablicas y el aporte de oxgeno disponible. Una hipoxia ms grave induce lesin y muerte celular.

Agentes fsicos. Los agentes fisicos comprenden el traumatismo mecnico, las temperaturas extremas (quemaduras y


fro intenso), los cambios sbitos en la presin atmosfrica, la radiacin y el shock elctrico (Captulo 10). Agentes qumicos y frmacos. La lista de sustancias qumicas que pueden producir lesin celular escapa a la

recopilacin. Sustancias qumicas simples como la glucosa o la sal en concentraciones hipertnicas, pueden causar una lesin celular de manera directa o por alteracin de la homeostasis electroltica de las clulas. Incluso el oxgeno es gravemente txico en concentraciones elevadas. Cantidades muy pequeas de agentes conocidos como venenos, como el arsnico, el cianuro o las sales de mercurio, pueden destruir un nmero suficiente de clulas en el transcurso (le minutos u horas corno para causar la muerte. Sin embargo, otras sustancias forman parte de nuestra vida cotidiana: contaminantes ambientales y del aire, insecticidas y herbicidas: riesgos industriales y laborales, como el monxido de carbono y el asbesto; estmulos sociales, como el alcohol y las drogas, e incluso la cada vez mayor variedad de frmacos teraputicos.

Agentes infecciosos. La gama de estos agentes va desde los virus submicroscpicos a los grandes cestodos. En la parte media del espectro se sitan las rickettsias, bacterias, hongos y formas superiores de parsitos. Los mecanismos por los que este grupo heterogneo de agentes biolgicos causa lesin son diversos y se expondrn con mayor detalle en el Captulo 9.

Reacciones inmunolgicas. Aunque el sistema inmunitario es til en la defensa contra agentes biolgicos, las reaccio-nes inmunitarias pueden, de hecho, causar lesin celular. La reaccin anafilctica frente a una protena extraa o un frma-co es un ejemplo importante de ello, y se supone que las reacciones frente a autoantgenos endgenos son responsables de diversas enfermedades autoinmunitarias (Captulo 7).

Trastornos genticos. Los defectos genticos como causa de lesin celular son en la actualidad de gran inters para los bilogos (Captulo 6). La lesin gentica puede provocar un defecto tan visible como las malformaciones congnitas asociadas al sndrome de Down o bien puede dar lugar a alteraciones tan sutiles como la sustitucin de un aminocido en la hemoglobina S de la anemia de clulas falciformes. Los diversos errores congnitos del metabolismo que surgen a partir de anomalas enzimticas, generalmente una carencia enzimtica, son ejemplos excelentes de lesin celular debida a altera-ciones sutiles a nivel del ADN.

Desequilibrios nutricionales. Incluso hoy da, los desequilibrios nutricionales siguen siendo causa importante de lesin celular. Los dficit calrico-proteicos causan una tremenda cantidad de muertes, principalmente entre poblaciones subdesarolladas. A lo largo de todo el mundo se pueden encontrar dficit de vitaminas especficas (Captulo 10). Los problemas nutricionales tambin pueden ser buscados por los propios pacientes, como en la anorexia nerviosa o en la inanicin autoinducida. Irnicamente, los excesos nutricionales tambin se han convertido en causas importantes de lesin celular. Los excesos de lpidos predisponen a la aterosclerosis, y la obesidad es una manifestacin extraordinaria de la sobrecarga de algunas clulas del organismo con grasas. La aterosclerosis es prcticamente endmica en Estados Unidos, y la obesidad est muy extendida. Adems de los problemas de la malnutricin y de la nutricin excesiva, la composicin de la dieta contribuye de manera significativa a la aparicin de diversas enfermedades.

LESIN Y NECROSIS CELULAR

En esta seccin, consideraremos la lesin celular reversible y el patrn de muerte celular denominado necrosis. Algunos de los mecanismos se solapan claramente con los que dan lugar a apoptosis, que se expone bajo un epgrafe distinto.

Los mecanismos bioqumicos responsables de la lesin celular reversible y de la muerte celular son complejos. Como hemos visto, la lesin de las clulas puede tener muchas causas, y existen mltiples mecanismos que conducen a la muerte celular que interactan entre s. No obstante, debemos considerar varios principios que son relevantes para la mayor parte de las formas ele lesin celular.

La respuesta celular frente a estmulos nocivos depende del tipo de lesin, su duracin y su gravedad. Por consiguiente, pequeas dosis de una toxina qumica o la isquemia de corta duracin pueden inducir una lesin celular reversible, mientras que dosis elevadas de la misma toxina o una isquemia ms prolongada pueden causar muerte celular instantnea o pueden dar lugar a una lesin irrevertible, lenta, que con el tiempo conduce a la muerte celular.

Las consecuencias de la lesin celular dependen del tipo, estado y capacidad de adaptacin de la clula lesionada. El estado nutricional y hormonal de la clula, as como sus necesidades metablicas, son importantes en su respuesta a la lesin. Cun vulnerable es, por ejemplo, una clula a la prdida de la irrigacin sangunea y a la hipoxia? La clula muscular estriada de la pierna puede permanecer totalmente en reposo cuando sufre privacin de su aporte sanguneo: no ocurre lo mismo con el msculo estriado del cora-zn. La exposicin de dos individuos a concentraciones idnticas de una toxina, como el tetracloruro de carbono, puede carecer de efectos en uno de ellos y producir la muerte celular en el otro. Esto puede ser debido, como veremos ms adelante, a las variaciones genticas que influyen en la cantidad y nivel de actividad de las enzimas hepticas que convierten el tetracloruro de carbono en subproductos txicos (Captulo 10).

Aunque no siempre es posible determinar el lugar bioqumico preciso sobre el que acta un agente lesivo,


cuatro sistemas intracelulares son particularmente vulnerables: 1) el mantnimiento de la integridad de las membranas celulares, de la que dependen la homeostasis inica y osmtica de la clula y sus organelas; 2) la respiracin aerbica de la que dependen la fosforilacin oxidativa mitocondrial y la produccin de triifosfato de adenosina (ATP); 3) la sntesis de protenas, y 4) la preservacin de la integridad del aparato gentico de la clula.

Los elementos estructurales y bioqumicos de la clula estn tan estrechamente interrelacionados que, cualquiera que sea el punto preciso del ataque inicial, la lesin de un locus da lagar a una amplia gama de efectos .secundarias. Por ejemplo, el deterioro de la respiracin acrobia interrumpe la bomba de sodio dependiente de energa de la membrana que mantiene el equilibrio hdrico e inico de la clula, dando lugar a alteraciones en el contenido intracelular de iones y agua.

Los cambios morfolgicos de la lesin celular se hacen evidentes slo despus de que se alteran algunos de los sistemas bioqumicos crticos del interior de la clula. Com ocabra esperar, las manifestaciones morfolgicas de la lesin letal tardan ms tiempo en desarrollarse que las de la lesin reversible. Por ejemplo, la hinchazn celular es un cambio morfolgico reversible, y puede presentarse en unos minutos. Sin embargo, los cambios inconfundibles de la muerte celular al microscopio ptico no aparecen en el infarto de miocardio hasta despus de 10 a 12 horas de la isquemia total, aunque sabemos que la lesin irreversible se produce a los 20 a 60 minutos (vase Fig. 1-1). Obviamente, las alteraciones ultraestructurales son visibles antes que las que se pueden observar con el microscopio ptico.

Figura 1-2 Papel crtico del oxgeno en la lesin celular. La isquemia causa la lesin celular al reducir el aporte de oxgeno a la clula, mientras que otros estmulos como la radiacin, inducen lesin a travs de especies txicas de oxgeno activado.

Mecanismos bioqumicos generales

En lo que se refiere a ciertos agentes lesivos, los loci bioqumicos del ataque estn bien definidos. Muchas toxinas cau-san lesin celular al interferir con sustratos o enzimas endgenas. Particularmente vulnerables son la gluclisis, el ciclo del cido ctrico y la fosforilacin oxidativa en las membranas mitocondriales internas. El cianuro, por ejemplo, inactiva la citocrorno oxidasa, y el fluoroacetato interfiere con el ciclo del cido ctrico, conduciendo ambos a un agotamiento del ATP. Ciertas bacterias anaerobias, como Clost-idium perfingens, elaboran fosfolipasas que atacan los fosfolpidos de las membranas celulares. De todas formas, con respecto a muchos estmulos lesivos no se conocen con exactitud los meca-nismos precisos que conducen a la muerte celular.

No obstante, hay varios aspectos bioqumicos comunes que parecen ser importantes en la mediacin de la lesin celular y la muerte celular por necrosis, cualquiera que sea el agente provocador. stos son los siguientes:

Agotamiento de ATP. El fosfato de alta energa en forma de ATP es necesario para muchos procesos sintticos y degradativos de la clula. Estos comprenden el transporte de membrana, la sntesis de protenas, la lipognesis y las reacciones de deacilacin-reacilacin necesarias para el recambio fosfolipdico. El ATP se produce por dos vas. La principal en las clulas de los mamferos es la fosforilacin oxidativa del difosfato de adenosina (ADP), mediante una reaccin que da lugar a la reduccin del oxgeno por el sistema de transferencia de electrones de las mitocondrias. La segunda es la va glucoltica, que permite la generacin de ATP en ausencia de oxgeno al utilizar la glucosa procedente de los lquidos corporales o de la hidrlisis del glucgeno. De esta manera, los tejidos con mayor capacidad glucoltica (p. ej., el hgado) tienen una cierta ventaja cuando disminuyen los niveles de ATP, debido a la inhibicin del metabolismo oxidativo por el estmulo lesivo. El agotamiento de ATP y la disminucin de la sntesis de ATP son consecuencias frecuentes de la lesin isqumica y de la lesin txica. 0xgeno y radicales libres derivados del oxgeno (Fig. 1-2). Las clulas generan energa al reducir el oxgeno molecular a agua. Durante este proceso, se sintetizan pequeas cantidades de formas de oxgeno reactivo parcialmente reducidas como producto intermedio inevitable de la respiracin mitocondrial. Algunas de estas formas son radicales libres que pueden alterar los lpidos, las protenas y los cidos nucleicos, tal y como se describe ms adelante en este captulo. Estas formas se denominan especies reactivas del oxgeno. Las clulas poseen sistemas de defensa para impedir la lesin producida por estos productos. El desequilibrio entre los sistemas de generacin de radicales libres y de eliminacin de estos radicales produce estrs oxidatvo, un proceso que se ha asociado a la lesin celular que se observa en muchos procesos patolgicos, como veremos a lo largo de todo el libro. Calcio intracelular y prdida de la bomeostasis del calcio. El calcio citoslico libre se mantiene en concentraciones extremadamente bajas (menos de 0.1 mol) en comparacin con los niveles extracelulares de 1.3 pmol, y la mayor parte del calcio intracelular permanece secuestrado en las mitocondrias y el retculo endoplsmico. Estos gradientes estn regulados por Ca2+, Mg2+ -ATPasas dependientes de energa. La isquemia y ciertas toxinas causan un aumento inicial de la concentracin de calcio citoslico, debido a la afluencia neta de Ca2+ a travs de la membrana plasmtica y a la


liberacin de Ca2+ desde las mitocondrias y el retculo endoplsmico. Los aumentos sostenidos del Ca2+ de la clula se producen por aumentos inespecficos de la permeabilidad de la membrana. El aumento del Ca2+ activa, a su vez, una serie de enzimas que dan lugar a efectos celulares potencialmente nocivos. Las enzimas que sabemos son activadas por el calcio son las fosfolipasas (lo que favorece, por tanto, la lesin de la membrana), las proteasas (que fragmentan las protenas de la membrana y del citoesqueleto), las ATPasas (que aceleran el agotamiento de ATP), y las endonuclea.sas (que estn asociadas con la fragmentacin de la cromatina) (Fig. 1-3). Aunque la lesin celular causa un incremento del calcio intracelular, y ste es a su vez un mediador en muchos de los efectos lesivos, entre ellos la muerte celular, la prdida de la homeostasis del calcio no es siempre un acontecimiento inicial necesario en la lesin celular irreversible. Defectos en la permeabilidad de la membrana. La prdida precoz de la permeabilidad selectiva de la membrana que conduce finalmente a una lesin franca de la membrana es un rasgo constante de todas las formas de lesin celular. Estos defectos pueden ser el resultado de una serie de acontecimientos que impliquen el agotamiento del ATP y la ac-tivacin de las fosfolipasas modulada por el calcio, como se expondr ms adelante en detalle. Este tipo de lesin puede afectar a las mitocondrias, a la membrana plasmtica y a otras membranas celulares. Sin embargo, la membrana plasmtica puede ser lesionada tambin de forma directa por ciertas toxinas bacterianas, protenas virales, componentes lticos del complemento, productos de los linfocitos citolticos (perforinas), y diversos agentes fsicos y qumicos.

Figura 1-3 Fuentes y consecuencias del incremento del calcio citoslico en la lesin celular. .ATP, adenosina trifosfato.

Lesin mitocondrial irreversible. Las clulas de los mamferos dependen necesariamente del metabolismo oxidativo para su supervivencia, con independencia de su capacidad glucoltica. Por tanto, la lesin irreparable de las mitocondrias destruye en ltima instancia a las clulas. De manera directa o indirecta, las mitocondrias son objetivos importantes de la prctica totalidad de los estmulos nocivos, entre ellos la hipoxia y las toxinas. Las mitocondrias se pueden lesionar por el incremento del Ca2+ citoslico, por el estrs oxidativo, por la fragmentacin de los fosfolpidos a travs de las vas de la fosfolipasa A, y de la esfingomielina, y por los productos de fragmentacin lipdicos que proceden de estos mecanismos, como los cidos grasos libres y las ceramidas. Frecuentemente, la lesin se expresa mediante la formacin de un canal de elevada conductancia, denominado transicin de permeabilidad mitocondrial, en la membrana mitocondrial interna (Fig. 1-4). Aunque reversible en sus fases iniciales, este poro no selectivo se convierte en permanente cuando persiste el estmulo inicial, impidiendo el mantenimiento de la fuerza motriz protnica mitocondrial, o potencial. Debido a que el mantenimiento del potencial tiene un carcter crucial para la fosforilacin oxidativa mitocondrial, la conclusin es que la transicin de permeabilidad mitoconcbrial irreversible representa un golpe mortal para la clula. La lesin mitocondrial tambin se puede acompaar de la salida de citocromo c hacia el citosol. Debido a que el citocromo c es un componente soluble -pero integral- de la cadena de transporte electrnico, y a que puede iniciar los mecanismos de muerte por apoptosis en el citosol (vase ms adelante), este acontecimiento patolgico es probablemente un determinante clave de la muerte celular.

Tras revisar brevemente estos mecanismos generales, nos concentraremos ahora en las tres formas frecuentes de lesin

celular: 1) lesin isqumica e hipxica; 2) lesin inducida por radicales libres, incluyendo las especies de oxgeno activado, y 3) algunos tipos de lesin txica.

Lesin isqumica e hipxica

sta es la forma ms frecuente de lesin celular en medicina clnica y ha sido estudiada de manera intensiva en el ser humano, en animales de experimentacin y en sistemas de cultivo. En relacin con los mecanismos subyacentes a los cambios morfolgicos, se han propuesto diversas explicaciones razonables. Al contrario de lo que ocurre con la hipoxia,

Incremento del Ca 21 citoslico

ATPasa Fosfolipasa Proteasa

Disminucin Disminucin Rotura del ATP de los de las protenas

fosfolpidos de la membrana nuclear y el

citoesqueleto


durante la cual puede continuar la produccin de energa glucoltica, la isquemia compromete el aporte de sustratos para la gluclisis. Por tanto, en los tejidos isqumicos se interrumpe la produccin de energa de origen anaerbico una vez que se agotan los sustratos glucolticos o queda inhibida la funcin glucoltica por la acumulacin de metabolitos que tendran que haber sido eliminados por el flujo sanguneo. Por esta razn, la isquemia tiende a lesionar los tejidos con mayor rapidez que la hipoxia.

Tipos de lesin isqumica. La lesin isqumica es la expresin clnica ms frecuente de lesin celular inducida por la privacin de oxgeno. Los modelos ms tiles para el estudio de la lesin isqumica son el de la oclusin completa de una de las arterias terminales de algn rgano (p. ej., una arteria coronaria) y el estudio del tejido (p. ej., el msculo cardaco) en las reas irrigadas por la arteria. Durante la isquemia, se producen cambios patolgicos complejos en diversos sistemas celulares. Con el transcurso del tiempo estas alteraciones empeoran comprometiendo en ltima instancia componentes es-tructurales y bioqumicos vitales, y causando la muerte celular. No obstante, hasta cierto nivel y durante un perodo que tiene una duracin variable en cada tipo celular, la lesin todava se puede reparar y las clulas afectadas pueden recuperarse si vuelven a recibir el oxgeno y los sustratos metablicos mediante el restablecimiento del flujo sanguneo. Los cam-bios anatomopatolgicos caractersticos de las clulas que todava se pueden recuperar cuando se les da la oportunidad de hacerlo se denominan lesin isqumica reversible. En los casos en los que persiste la lesin isqumica, la estructura celular

DISFUNCIN MITOCONDRIAL

La disfuncin mitocondrial, inducida por diversos estmulos, da lugar a transicin de permeabilidad mitocondrial (MPT) y salida del citocromo c hacia el citosol. La MPT se localiza en la nienibrana mitocondrial interna.

Figura 1-4 contina deteriorndose debido a la imparable progresin de los mecanismos de lesin. Con el tiempo, los dispositivos energticos de la clula (la planta oxidativa mitocondrial y la va gIucoltica) quedan lesionados de manera irreparable. En este sentido, todos los procesos isqumicos alcanzan un punto en el que la clula presenta agotamiento de ATP y es incapaz de producir compuestos de alto nivel energtico incluso cuando se le da la oportunidad de hacerlo, de manera que se puede considerar que alcanza un punto de no retorno, en el que la reperfusin no es capaz de rescatar la clula lesionada. Incluso aunque los elementos energticos de la clula permanecieran intactos, la lesin irreparable del genoma o de las membranas celulares dara lugar a una evolucin letal con independencia de la reperfusin. Es lo que se denomina lesin isqumica irreversible.

Bajo ciertas circunstancias, cuando se restablece el flujo sanguneo en clulas que previamente haban sufrido isquemia pero no haban muerto, la lesin sufre una exacerbacin paradjica y evoluciona con un ritmo ms acelerado. En conse-cuencia, los tejidos sufren una prdida de clulas adems de la que ya presentaban por la lesin irreversible al final de la fase de isquemia. ste es un proceso clnicamente importante que contribuye a la prdida tisular neta durante el infarto miocrdico y cerebral, tal y como se describe en los Captulos 13 y 30. Este proceso, denominado lesin por isquemia/reperfusin, es especialmente importante debido a que el tratamiento mdico adecuado permite disminuir la fraccin de clulas que de otra manera estaran destinadas a morir en la zona de riesgo.

LESIN CELUAR DURANTE LA ISQUMIA/HIPOXIA Lesin celuar reversible

El primer punto de ataque de la hiposia es la respiracin aerobia de la clula, es decir; la fosforilacin oxidativa por las mitocotdrias. A medida que disminuye la tensin ele oxgeno en el interior de la clula, se produce una prdida de la fosforilacin oxidativa y una disminucin en la produccin de ATP. El agotamiento resultante del ATP produce una amplia gama de efectos sobre muchos sistemas intracelulares (Fig. 1-5). Figura 1-5 Secuencia postulada de acontecimientos en la lesin isqumica. Se puede observar que, aunque la disminucin de la fosforilacin oxidativa y de los niveles de ATP tiene un papel central, la isquemia puede causar lesin directa de la membrana. RE: retculo endoplsmico; CK: creatinina cinasa; LDH: lactato deshidrogenada.; RNP: ribonucleoprotena.

Se reduce la actividad de la bomba de sodio dependiente de energa y localzada en la membrana plasmtica (Na-, K'-ATPasa sensible a la ouabana). El fallo de este sistema de transporte activo, debido a la disminucin en la concentracin de ATP y al incremento en la actividad de la ATPasa, da lugar a una acumulacin de sodio en el

Transicin de permeabilidad mitocondrial (MPT)


interior de la clula con salida de potasio hacia el exterior de la misma. El incremento neto de soluto se acompa-a de un aumento isosmtico de agua, tumefaccin celular y dilatacin del retculo endoplsmico. Un segundo mecanismo para explicar la tumefaccin celular en la isquemia es el incremento de la carga osmtica intracelular secundaria a la acumulacin de catabolitos, como fosfatos inorgnicos, lactato y nuclesidos de purina.

Se altera el metabolismo energtico celular. Cuando los niveles de oxgeno son bajos, se interrumpe la fosforila-cin oxidativa y las clulas slo disponen de la gluclisis para la produccin de energa. Este cambio hacia el metabolismo anaerobio est controlado por metabolitos de la va energtica que actan sobre enzimas glucolticas. La disminucin del ATP celular y el incremento acompaante del monofosfato de adenosina estimulan la actividad de las enzimas fosfofructocinasa y fosforilasa. Todo ello da lugar a un incremento en la tasa de gluclisis anaerobia con objeto de mantener la produccin de energa por parte de la clula mediante la generacin de ATP a travs del metabolismo de la glucosa procedente del glucgeno. En consecuencia, se agotan rpidamente las reservas de glucgeno. La g]uclisis produce la acumulacin de cido lctico y de fosfatos inorgnicos procedentes de la hidrlisis de los steres de fosfato. Esto, disminuye el pH intracelular.

El siguiente fenmeno que se produce es la alteracin estructural del aparato de sntesis proteica, que se manifiesta por el desprendimiento de los ribosomas del retculo endoplsmico grarular y la disociacin de los polisontas en monosomas con la consiguiente reduccin de la sntesis de protenas.

En la lesin celular reversible se pueden producir consecuencias funcionales. El msculo cardaco deja de contraerse al cabo de 60 segundos de oclusin coronaria. Sin embargo, debe sealarse que la ausencia de contractilidad no significa muerte celular

Si contina la hipoxia, el empeoramiento en el agotamiento de ATP produce un deterioro morfolgico todava mayor. El

ciloesqueleto se dispersa con lo que se pierden estructuras como las microvellosidades y se forman vesculas en la superficie celular (Figs. 1-6 y 1-7). Se pueden observar, en el citoplasma o fuera de la clula figuras de mielina que proceden de las membranas plasmticas y de las organelas. Parece que se deben a la disociacin de las lipoprotenas con desenmascaramiento de los grupos fosftido, facilitando la captacin e intercalado del agua entre las estructuras laminares de las membranas. En este momento, las mitocondrias suelen estar hinchadas, debido a que pierden el control de su propio volumen: el retculo endoplsmico sigue dilatado, y toda la clula est muy hinchada, con concentraciones aumentadas de agua, sodio y cloro, y con disminucin en la concentracin de potasio. Si se restablece el aporte de oxgeno, todos estos trastornos son reversibles.


Figura 1-6 Representacin esquemtica de una clula normal (A) y de los cambios ultraestructurales en la lesin celular reversible (B) e irreversible (C). (Ver en el texto.)

Lesin celular irreversible Si la isquemia persiste, se produce una lesin irreversible. Este proceso presenta una serie de caractersticas morfolgi-

cas clave, pero la explicacin bioqumica de la transicin crtica entre la lesin reversible y la muerte celular no ha podido ser aclarada hasta el momento.


Figura 1-7 A. Microgralia electrnica de una clula epitelial normal del tbulo renal proximal. Obsrvense las abundantes microvellosidades (mv) que tapizan la luz (L). N = ncleo: V = vacuolas apicales (estructuras normales en este tipo celular). (3. Clula epitelial del Lbulo pro-cimal que muestra cambios isqumicos reversible. Las microvellosidades (mv) se pierden y han sido incorporadas al citoplasma apical: se han formado vesculas y protruyen en la luz (L). Las mitocondrias (mv) ligeramente dilatadas. (Comprece con A) C. Clula tubular proximal que muestra una lesin isqumica irreversible. Obsrvese la intensa hinchazn de las mitocondrias que contienen densidades amorfas, la rotura de las membranas celulares y los ncleos picnticos densos. (Cortesa del Dr. M. A. Venkatachalam. University of Texas. San Antonio. TX.)

La lesin irreversible se asocia morfolgicamente a una intensa tumefaccin de las milocondrias (vanse Figs. 1-5 y 1-

6C), lesin extensa de las membranas plasmticas e hinchazn de los lisosomas. En la matriz mitocondrial aparecen densidades grandes, floculentas y amorfas (Fig. 1-7C). En el miocardio, son indicativas de lesin irreversible y se pueden ver hasta 30 a 40 minutos despus de la isquemia. A continuacin, tiene lugar una afluencia masiva de calcio al interior de la clula, especialmente si la zona isqumica presenta reperfusin. Hay una prdida continuada de protenas, enzimas, coenzinias y cidos ribonucleicos a travs ele las membranas hiperpermeables. Las clulas tambin pueden dejar escapar metabolitos, que son vitales para la reconstitucin del ATP, y, por tanto, a la larga se produce el agotamiento de los fosfatos de alta energa intracelulares netos.

En esta etapa, se produce la lesin de las membranas lisosomales, seguida por la salida de sus enzimas al citoplasma y la activacin de sus hidrolasas cidas. Los lisosomas contienen ARNasas, ADNasas, proteasas, fosfatasas, glucosidasas y catepsinas. La activacin de estas enzimas conduce a una digestin enzimtica de los conmponentes celulares, que se pone de manifiesto por la prdida de ribonucleoprotena, desoxirribonucleoprotena y glucgeno, y por los diversos cambios nucleares que se describen ms adelante. Aunque estos cambios se han adscrito tradicionalmente a una cada del pH, en estudios ms recientes se sugiere que la cada inicial del pH va seguida de una desviacin a un pH neutro o incluso alcalino, a medida que la lesin se hace irreversible. En efecto la acidosis protege frente a la lesin letal en muchos modelos de isquemia y reperfusin, probablemente como resultado del efecto inhibidor del pH bajo sobre reacciones enzimticas como la actividad de la fosfolipasa y procesos como la transicin de permeabilidad mitocondrial. El aumento de densidad inicial de la cromatina nuclear, que tambin se observa durante la isquemia, podra ser tambin debido a la disminucin del pH celular.

Tras la muerte celular, los componentes celulares son progresivamente degradados, y existe un escape generalizado de enzimas celulares hacia el espacio extracelular y, a la inversa, una entrada de macromolculas extracelulares desde el espacio intersticial a las clulas agonizantes. Finalmente, la clula muerta puede ser reemplazada por grandes masas compuestas por fosfolpidos en forma de figuras de mielina. stas son entonces fagocitadas por otras clulas o degradadas a cidos grasos. Se puede producir la calcificacin de dichos residuos de cidos grasos con formacin de jabones de calcio.

En este punto de la historia, debemos tener en cuenta que la salida hacia el plasma de las enzimas intracelulares a travs de la membrana plasmtica anormalmente permeable proporciona parmetros clnicos importantes de muerte celular. El msculo cardaco, por ejemplo, contiene transaminasas, deshidrogenasa lctica (LDH), creatina cinasa (CK) y protenas especficas del msculo cardaco (troponinas). La elevacin de los niveles sricos de estas molculas (p. ej., creatina cinasa MB, troponina) es un criterio clnico valioso de infarto de miocardio, una zona de muerte celular en el msculo cardaco (Captulo 13).

Mecanismos de la lesin irreversible. La secuencia de acontecimientos para la hipoxia fue descrita como un continuo desde su inicio hasta la digestin final de la clula lesionada de forma letal por las enzimas lisosomales. Pero, en qu etapa fallece realmente la clula? Cul es el acontecimiento bioqumico crtico de (el golpe letal) responsable del punto de no retorno'? Dos fenmenos caracterizan de forma constante la irreversibilidad. El primero es la incapacidad para revertir la disfuncin mitocondrial que conduce a la deplecin de ATP, y el segundo es la aparicin de trastornos profundos


en la funcin de la membrana. El agotamiento de ATP contribuye claramente a las consecuencias funcionales y estructurales de la isquemia, como ya hemos comentado (vase Fig. 1-3), y tambin puede dar lugar a lesin de membrana (vase ms adelante).

Gran nmero de pruebas indican que la lesin de la membrana celular es un factor central en la patogenia de la lesin celular irreversible. La prdida de la funcin de la membrana mitocondrial, el aumento de la permeabilidad a molculas ex-tracelulares y los defectos ultraestructurales demostrables en la membrana plasmtica se producen en las etapas ms tem-pranas de la lesin irreversible.

Diversos mecanismos bioqumicos pueden contribuir a esta lesin de la membrana (Fig. 1-8). 1. Disfuncin mitocondrial El incremento del calcio citoslico junto con el agotamiento del ATP da lugar a un

aumento en la captacin de Ca2+ por las mitocondrias, activando las fosfolipasas mitocondriales y conduciendo a la acumulacin de cidos grasos libres. Actuando en concierto, estos mecanismos producen alteraciones en la permeabilidad de la membrana mitocondrial interna, como la transicin de permeabilidad mitocondrial, y tambin en la membrana mitocondrial externa, como ya hemos visto.

2. Prdida de los fosfolpidos de rnembrana. En los tejidos isqumicos, la lesin isqumica irreversible se asocia a una disminucin en el contenido de fosfolpidos de membrana. Esta degradacin se debe probablemente a la activacin de fosfolipasas endgenas por el incremento de calcio citoslico inducido por la isquemia La prdida de fosfolpidos tambin puede ser secundaria a la disminucin de la reacilacin dependiente del ATP o a la disminucin en la sntesis de novo de los fosfolpidos (Fig. 1-8).

3. Alteraciones del citoesqueleto. Los filamentos del citoesqueleto sirven como anclajes que unen las membranas plasmticas al interior de la clula. La activacin de proteasas por el aumento del calcio citoslico puede lesionar diversos elementos del citoesqueleto. En presencia de tumefaccin celular, esta lesin da lugar, especialmente en las clulas miocrdica.s, al desprendimiento de la membrana celular del citoesqueleto, lo que hace que las clulas puedan sufrir distensin y rotura.

4. Especies reactivas del oxgeno. Los radicales libres del oxgeno parcialmente reducidos son molculas muy txi-cas que lesionan las membranas celulares y otros constituyentes de las clulas. Estos radicales libres estn presentes en escasa cantidad en el miocardio durante la isquemia, pero se produce un incremento en su produccin tras el restableclnuento del flujo sanguneo (vase Lesin por isquemia/reperfusin).

5. Productos de fragmentacin de los lpidos. Entre ellos se incluyen los cidos grasos libres no esterificados, la acil carnitina y los lisofosfolpidos, que son productos catablicos que se acumulan en las clulas isqumicas debido a la degradacin de los fosfolpidos. Poseen un efecto detergente sobre las membranas. Adems, se insertan en la bicapa lipdica de la membrana o se intercambian con los fosfolpidos de la membrana, causando, potencialmente, alteraciones en la permeabilidad y cambios electrolisiolgicos.

6. Prdida de aminocidos intracelulares. La adicin de ciertos aminocidos, principalmente glicina, protege a las clulas hipxicas de la lesin irreversible de la membrana in vino, lo que sugiere que la prdida de estos aminocidos, que se produce en la hipoxia, predispone a la lesin estructural de la membrana". La glicina tambin hace que las clulas con agotamiento de ATP puedan resistir los efectos letales de la elevacin en el nivel de calcio, permaneciendo de esta manera viables.

Cualquiera que sea el mecanismo de lesin de la membrana, la prdida resultante de la integridad de la misma hace que

sea todava mayor la entrada de calcio desde el espacio extracelular. Adems, cuando el tejido isqumico presenta un cierto nivel de repcrfusin, como puede ocurrir in viro, se produce una entrada masiva de calcio. El calcio es captado vida-mente por las mitocondrias despus de la reoxigenacin y las intoxica de manera permanente, inhibe las enzimas celulares, desnaturaliza las protenas y causa las alteraciones citolgicas caractersticas de la necrosis por coagulacin .

En resumen, la hipoxia altera la fosforilacin oxidativa y, por tanto, la sntesis de aportes vitales de ATP. La lesin de la membrana es crucial para el desarrollo de una lesin celular letal, y el calcio es un mediador importante de las alteraciones bioqumicas y morfolgicas que conducen a la muerte clular.

LESIN POR ISQUEMIA/REPERFUSIN

El restablecimiento del flujo sanguneo en los tejidos isqumicos puede dar lugar a la recuperacin de clulas que presentaban lesin reversible, o bien puede no influir en la evolucin del proceso en los casos en los que la lesin celular era irreversible. No obstante, segn la intensidad y duracin del proceso isqumico, un nmero variable de clulas puede presentar muerte celular despus de que se restablece el flujo sanguneo, debido a necrosis y a apoptosis. Con frecuencia, los tejidos afectados presentan infiltrados por neutrfilos. Como ya hemos sealado, esta lesin por isquemia/reperfusin es un proceso clnicamente importante en cuadros como el infarto de miocardio y el accidente cerebrovascular y puede ser sujeto de intervenciones teraputicas.

Cmo se produce la lesin por reperfusin? Una posibilidad es que algunas clulas isqumicas permanezcan estructu- ralmente intactas, es decir, que todava no estn necrticas pero s bioqumicamente comprometidas, y que pierdan su integridad durante la reperfusin. Otra posibilidad es que se inicien nuevos procesos lesivos durante la repercusin, cau-sando la muerte de clulas que de otra manera, se habran recuperado. Se han propuesto varios mecanismos.

La nueva lesin se puede iniciar durante la reoxigenacin debido al aumento en la generacin de radicales libre del oxgeno por parte de las clulas parenquimatosas, las clulas endoteliales y los leucocitos infiltrantes. Se pueden producir aniones superxido en el tejido reperfundido, corno resultado de una reduccin incompleta del oxgeno por las mitocondrias lesionadas o bien debido a la accin de oxidasas procedentes de los leucocitos, clulas endoteliales o clulas parenquimatosas. Los mecanismos de defensa antioxidantes celulares tambin pueden estar comprometidos por la isquemia, favoreciendo la acumulacin de radicales.

Las especies reactivas del oxgeno pueden incrementar todava ms la transicin de permeabilidad


ntitocondtial, a la que nos hemos referido antes, que impide la generacin de energa por parte de la mitocondria y la recuperacin del ATP celular, causando muerte clular.

La lesin isqumica se acompaa de la produccin de citoinas y del aumento en la expresin de molculas ele adhesin por parte de las clulas parenquimatosas y endoteliales hipxicas. Estos agentes dan lugar al reclutamiento de leucocitos polimorfonucleares circulantes hacia el tejido reperfundido; la inflamacin subsiguiente produce una lesin adicional (Captulo 3). La importancia del reclutamiento de los neutrfilos en la lesin de reperfusin ha sido demostrada mediante estudios de experimentacin en los que se han realizado intervenciones antiinflamatorias, como la administracin de anticuerpos frente a citocinas o molculas de adhesin, con objeto de reducir la intensidad de la lesin.

Lesin celular inducida por radicales libres

Un importante mecanismo de lesin de la membrana, ya aludido al tratar la lesin por reperfusin es la lesin inducida por radicales libres, en particular por especies de oxgeno activado. Contribuye a procesos tan variados como la lesin qumica y por radiacin, la toxicidad por oxgeno y otros gases, el envejecimiento celular, la muerte microbiana por clulas fa-gocticas, la lesin inflamatoria, la destruccin tumoral por macrfagos y otros (vase Fig. 1-2).

Los radicales libres son especies qumicas que tienen un nico electrn no emparejado en una rbita externa. En ese estado, el radical es extremadamente reactivo e inestable y entra en reaccin con sustancias qumicas inorgnicas u org-nicas (protenas, lpidos, carbohidratos), en especial con molculas clave de las membranas y con cidos nucleicos. Ade-ms, los radicales libres inician reacciones autocatalticas, por lo que las molculas con las que reaccionan se convierten ellas mismas en radicales libres para propagar la cadena de lesin.

Los radicales libres se pueden iniciar en la clula mediante

Absorcin de energa radiante (p. ej., luz ultravioleta, rayos X). Por ejemplo, la radiacin ionizante puede hidrolizar el agua en radicales libres hidroxilo (OH') e hidrgeno (H')

Metabolismo enzimtico de procluclos qumicos o frmacos exgenos (p. ej., el tetracloruro de carbono (CCL)) puede generar [CCl 3+, que se describe ms adelante en este captulo).

Las reacciones reduccin-oxidacin que se producen durante los procesos metablicos normales. Por ejemplo, durante la respiracin normal, el oxgeno molecular es reducido secuencialmente mediante la adicin de cuatro electrones para generar agua. En este proceso, se producen pequeas cantidades de productos intermedios txicos; entre ellos se incluyen el radical anin superxido (0 2-'), el perxido de hidrgeno (H2O2.) y los iones hidroxilo (OH')(Fig. 1-9). Los estallidos rpidos de produccin de superxido se producen en los leucocitos polimorfonucleares activadas durante la inflamacin. Este proceso ocurre a travs de una reaccin controlada de manera muy precisa en un complejo multiproteico de la membrana plasmtiea que utiliza NADPH oxidasa para la reaccin redox (Captulo 3). Adems, algunas oxidasas intracelulares (como la xantina oxidasa) generan radicales superxido como consecuencia de su actividad.

Los metales de transicin cono el hierro y el cobre donan o aceptan electrones libres durante las reacciones intracelulares y catalizan la formacin de radicales libres, como ocurre en la reaccin de Fenton (H2O + Fe2+ Fe3+ + OH. + OH-) (Fig. 1-9). Debido a que la mayor parte del hierro libre intracelular est en forma frrica (Fe3+), debe ser reducido en primer lugar a la forma ferrosa (Fe2+) para participar en la reaccin de Fenton. Esta reduccin se puede potenciar por el superxido y, por tanto, para una lesin celular oxidatira mxima son necesarios el hierro y el superxido.

El xido ntrico (NO), un mediador qumico importante generado por clulas endoteliales. macrfagos, neuronas y otros tipos celulares (Captulo 3), puede actuar como un radical libre y tambin puede ser convertido en la forma intensamente reactiva de anin peroxinitrito (ONOO-), as como en NO2. y en N03-.

Los efectos de estas especies reactivas son muy variados, pero existen tres reacciones que son especialmente relevantes para la lesin celular.

1. Peroxidacin de los lpidos de las membranas. Los radicales libres en presencia de oxgeno pueden dar lugar a peroxidacin de los lpidos dentro de las membranas plasmtica y de las organelas. La lesin oxidativa se inicia cuando los radicales libres derivados del oxgeno, especialmente el OH', atacan los dobles enlaces de los cidos grasos insaturados de los lpidos de membrana. Las interacciones lpido-radical dan lugar a perxidos, que son inestables y rcactivas, y se inicia una reaccin en cadena autocataltica (denominada propagacin) que puede dar lugar a una intensa lesin de las membranas, las organelas y la clula. Otras opciones ms favorables de,finalizacin tienen lugar cuando el radical libre es capturado por algn neutralizador, como la vitamina E, incluido en la membrana celular.

2. Modificacin oxidativa de las protenas. Los radicales libres facilitan la oxidacin de las cadenas laterales de los residuos de aminocidos, la formacin de enlaces cruzados protena-protena (p. ej., los mediados por el grupo sulfihidrilo) y la oxidacin del esqueleto proteico que resulta en la fragmentacin de la protena. La modificacin oxidativa incrementa la degradacin de enzimas crticas por parte del complejo proteasoma multicataltico, haciendo estragos en toda la clula.

3. Lesiones en el ADN. Las reacciones con la timina en los ADN nuclear y tnitocondrial producen fragmentaciones monocatenarias en el ADN. Esta lesin del ADN ha sido implicada en el envejecimiento celular (Captulo 2) y en la transformacin maligna de las clulas (Captulo 8).


Lesin celular

Figura 1-9 Formacin de especies de oxgeno reactivo y mecanismos antioxidantes en los sistemas biolgicos. El 02 es convertido a superxido (02-) ,or enzimas oxidativas del retculo endoplasmico (RE), mitocondrias, membrana plasmtica, peroxisomas y citosol. El O2- es convenido en H2O2 por dismutacin y, desde ah, a OH- por la reaccin de Fenton catalizada por Cu''/Fe'-'. El H2O2 deriva tambin directamente de las oxidasas de los peroxisomas. Otro radical potencialmente daino, no mostrado, es el oxgeno simple. La lesin de los radicales libres resultantes sobre los lpidos (peroxidacin), las protenas y el ADN causa diversas formas de lesin celular. Obsrvese que el superxido cataliza la reduccin del Fe" a Fe", estimulando, por tanto, la generacin de OH' por la reaccin de Fenton. Las principales enzimas antioxidantes son: superxido dismutasa, catalasa y glutatin peroxidasa. GSH, glutatin reducido; GSSG, gluiatin oxidado: NADPH, forma reducida de la nicotinamida adenloa dinucletido fosfato.

Las clulas han desarrollado mltiples mecanismos para eliminar los radicales libres y, de esta manera, minimizar la lesin. Los radicales libres son inestables de manera inherente y habitualmente desaparecen de forma espontnea. Por ejemplo, el superxido es inestable y desaparece espontneamente en oxgeno y perxido de hidrgeno en presencia de agua. No obstante, existen diversos sistemas enzimticos y no enzimticos que contribuyen a la inactivacin de las reacciones de ra-dicales libres. Entre ellos se encuentran los siguientes:

Antioxidantes, que bloquean el inicio de la formacin de radicales libres o inactivan (p. ej., recogen) los radicales libres y finalizan la lesin producida por los mismos. Como ejemplos se pueden citar las vitaminas liposolubles E y A, as como el cido ascrbico y el glutatin en el citosol.

Como ya hemos visto, el hierro y el cobre pueden catalizar la formacin de especies reactivas de oxgeno. Los ni-veles de estas formas reactivas estn minimizados por la unin de los iones a las protenas de almacenamiento y transporte (p. ej., transfe) rina, ferritina, lucoferrina y (eruloplasmina), lo que disminuye de esta manera la formacin de OH'.

Diversas enzimas actan como sistemas de recogida de radicales libres y fragmentan el perxido de hidrgeno y el anin superxido. Estas enzimas se localizan en la proximidad de las zonas de generacin de estos oxidantes, y son las siguientes: Catalasa, presente en los peroxisomas, que descompone el H2O2 (2 H2O2 O 2 + 2 H20). Superxido disnutasas, que existen en muchos tipos celulares y convierten el superxido en H2O, (2 O2- + 2H

H2O2 + O 2 ). En este grupo se incluyen la manganesosuperxido dismutasa, que se localiza en las mitocon-drias, y la cobre-cinc-superxido dismutasa, que se localiza en el citosol.

Glutatin peioxidasa, que tambin protege frente a la lesin al catalizar la fragmentacin de radicales libres


(H2O2 + 2 GSH GSSH (glutatin homodmero) + 2 H 2 O, o bien 2 OH' + 2 GSH --> GSSH + 2 H,0). El cociente intracelular entre el glutatin oxidado (GSSG) y el glutatin reducido (GSI-I) es un reflejo del estado oxidativo de la clula y representa un aspecto importante de la capacidad de la clula para detoxificar las espe-cies reactivas del oxgeno.

En muchos procesos patolgicos, los efectos finales inducidos por los radicales libres dependen del balance neto entre la formacin y la finalizacin de los radicales libres. Como ya hemos sealado previamente, se supone en la actualidad que los radicales libres estn implicados en muchos procesos patolgicos y fisiolgicos que sern revisados a lo largo de todo este libro. A continuacin, contentaremos ciertas formas de lesin qumica debido a que la toxicidad de diversos productos qumicos y frmacos pueden ser atribuida a la conversin de stos en radicales libres o a la formacin de metabolitos de-rivados del oxgeno.

LESIN QUMICA Los mecanismos por los que las sustancias qumicas, ciertos frmacos y las toxinas producen lesin se describen con

mayor detalle en el Captulo 10, en la exposicin de las enfermedades ambientales. En este captulo, describiremos dos for-mas de lesin inducida por sustancias qumicas como ejemplos de la secuencia de acontecimientos que conducen a la muerte celular.

Las sustancias qumicas inducen lesin celular por uno de estos dos mecanismos generales.

Algunas .sustancias qumicas pueden actuar directamente combinndose con algunos componentes moleculares crticos u organelas celulares. Por ejemplo, en la intoxicacin por cloruro metz'trico. el mercurio se une a los grupos sulfhidrilo de la membrana celular y otras protenas, causando un annento (le la permeabilidad de la membrana y la inhibicin del transporte dependiente de la ATPasa. En tales circunstancias, la lesin mayor suele producirse en las clulas que utilizan, absorben, excretan o concentran las sustancias qumicas (en el caso de cloruro mercrico, las clulas del aparato gastrointestinal y del rin). El cianuro intoxica directamente la eitocromo oxidasa mitocondrial y bloquea la fosforilacin oxidativa. Muchos agentes quimioicraputicos antineoplsicos y antibiticos tambin inducen lesin celular mediante efectos citotxicos directos.

La mayor parte de las dems sustancias qumicas no son biolgicamente activas, pero podran convertirse en metabolitos txicos reactivos, que actuaran entonces sobre las clulas efectoras. Esta modificacin se consigue habitualmente a travs de las oxidasas de funcin mixta P-450 que existen en el retculo endoplsmico liso del hgado y de otros rganos 'a. Aunque estos metabolitos podran provocar lesin de la membrana y lesin celular por enlace covalente directo con las protenas y lpidos de la membrana, el mecanismo ms importante (con mucha diferencia) de lesin de la membrana implica la formacin de radicarles libres reactivos y la consiguiente peroxidacin de los lpidos.

El tenztcloruro de carbono (CCI4) se emplea mucho en la industria de la limpieza en seco (tintoreras). El efecto txico del CCL4 se debe a .su conversin por la P-450 en el radical libre txico altamente reactiro CCI3 (CCI4 + e CCL3. + Cl-). Los radicales libres producidos localmente causan la autooxidacin de los cidos grasos polinicos presentes en el interior de los fosfolpidos de la membrana. Ah se inicia la descomposicin oxidativa de los lpidos y, tras reaccionar con oxgeno (peroxidacin lipdica), se forman perxidos orgnicos. Esta reaccin es autocatoltica puesto que se forman nuevos radicales a partir de los propios radicales perxido. Por tanto, la descomposicin rpida de la estructura y funcin del retcu-lo endoplsmico se debe a la descomposicin del lpido. Por esto, no es sorprendente que la lesin hepatocelular inducida por el CCL4 sea grave y al mismo tiempo extremadamente rpida en su inicio. En menos de 30 minutos, se produce una disminucin en la sntesis de protenas hepticas y, a las dos horas, hinchazn del retculo endoplsmico liso y disociacin de los ribosomacs del retculo endoplsmico rugoso (Fig. 1-10). Se reduce la salida de lpidos desde los hepatocitos debido a su incapacidad para sintetizar la apoprotena que permite la formacin de complejos con los triglicridos y, por tanto, faci-lita la secrecin de lipoprotena. El resultado es el hgado graso de la intoxicacin por CCI4. Despus se produce la lesin mitocondrial, y sta va seguida por una hinchazn progresiva de las clulas debido a un aumento de la permeabilidad de la membrana plasmtica. Se piensa que la lesin de la membrana plasmtica est causada por aldehdos grasos relativamente estables, que son producidos por la peroxidacin lipdica en el retculo endoplsmico liso, pero que son capaces de actuar en lugares distantes. Ello va seguido por una entrada masiva de calcio y muerte celular (Fig. 1-1 1).


Figura 1.10 Clulas hepticas de rata 4 horas despus de la intoxicacin con tetrucloniro de carhano: con hinchazn del retculo endoplsmico y desprendimiento de ribosomas. En este estadio, las mitocondrias permanecen inalterables. (Cortesa del Dr O. Iseri, University of Maryland. Baltimore. MD.) El paracetamol (Tylenol), un analgsico empleado con frecuencia, se detoxifica en el hgado mediante sulfuracin y glu-curonidacin, y pequeas cantidades son convertidas, mediante oxidacin catalizada por el citocromo P-450, en un metabolito electrfilo, muy txico. Este metabolito se detoxifica mediante interaccin con GSH. Cuando se ingieren grandes cantidades de frmaco, se produce un agotamiento de GSH y entonces, se acumulan los metabolitos txicos en la clula, se destruyen macromolculas nuclefilas y se unen de forma covalente a las protenas y cidos nucleicos. El descenso en la concentracin de GSH, unido al enlace covalente de los metabolitos txicos, aumenta la toxicidad del frmaco, dando lugar a una necrosis masiva de las clulas hepticas, habitualmente 3 a 5 das despus de la inestin de dosis txicas. Esta hepatotoxicidad se correlaciona con una peroxidacin lipdica y puede reducirse mediante la administracin de antioxidantes lo que sugiere que la lesin oxidativa puede ser ms importante que el enlace covalente en la toxicidad final del frmaco.

Figura 1.11- Secuencia de acontecimientos que conducen al cambio graso y a la necrosis celular en la toxicidad por tetracloruro de carbono (CCl4). RER: retculo endoplsntico rugoso: REL: retculo endoplsmico liso.

Morfologa de la lesin celular reversible y la necrosis

Inicialmente, todos los ataques y estmulos lesivos ejercen sus efectos a nivel molecular. El intervalo de tiempo necesario para la observacin de cambios morfolgicos de lesin celular o de muerte celular vara segn la sensibilidad de los mtodos utilizados para detectar estos cambios. Con las tcnicas histoqumicas o ultraestructurales, los cambios se pueden observar al cabo de pocos minutos u horas de la lesin isqumica; sin embargo, puede ser necesario un intervalo de tiempo considerablemenie mayor (horas a das) antes de que estos cambios se puedan observar con el microscopio ptico o en el esiudio macroscpico.

LESIN REVERSIBLE

Con el microscopio ptico se pueden reconocer dos patrones de lesin celular reversible: turnefaccin o hinchazn ce-lular y, cambio graso. La tumefaccin celular aparece siempre que las clulas son incapaces de mantener su homeostasis de iones y fluidos: su patogenia ha sido descrita anteriormente en este captulo. El cambio graso se produce en la lesin hipxica y en diferentes formas de lesin txica o metablica. Se manifiesta por la aparicin de vacuolas lipdicas pequeas o grandes en el citoplasma, y se puede observar en la lesin hipxica y en diversas formas de lesin txica. Aparece principalmente en las clulas implicadas en el metabolismo de las grasas o dependientes del mismo, como el hepatocito y la


clula miocrdica (Captulo 2).

MORFOLOGA. La tumefaccin o hinchazn celular es la primera manifestacin de casi todas las formas de lesin celular. Se trata de un cambio morfolgico difcil de apreciar con el microscopio ptico, y puede ser ms evidente a nivel del rgano entero. Cuando afecta a todas las clulas de un rgano, causa una cierta palidez, aumento de la turgencia y aumento del peso del rgano. Desde el punto de vista microscpico, se pueden observar pequeas vacuolas claras en el citoplasma; estas vacuolas representan segmentos distendidos del retculo endoplsmico. Este patrn de lesin no letal se denomina, en ocasiones, cambio hidrpico o degeneracin vacuolar. La tumefaccin o hinchazn de las clulas es reversible,

Los cambios ultraestructurales de la lesin celular reversible antes descritos (vanse Figs. 1-6 y 1-7) consisten en 1) alteraciones de la membrana plasmtica, como por ejemplo vesiculacin, despuntamiento y distorsin de las microvellosidades; formacin de figuras de mielina; y relajacin de las adhesiones intercelulares; 2) cambios mitocondriales, entre ellos hinchazn, rarefaccin y la aparicin de densidades amorfas pequeas ricas en fosfolfpidos, 3) dilatacin del reticulo endoplsmico, con desprendimiento y disgregacin de los polisomas, y 4) alteraciones nucleares, con disgregacin de los elementos granulares y fibrilares.

NECROSIS

El trmino necrosis hace referencia a un espectro de cambios morfolgicos que siguen a la muerte celular en el tejido vivo, derivados en gran parte de la accin degradativa progresiva de las enzimas sobre la clula mortalmente lesionada (las clulas colocadas inmediatamente en un fijador estn muertas pero no necrticas). Tal y como se usa habitualmente, el trmino necrosis representa el correlato macro y microscpico de la muerte celular en el contexto de la lesin exgena irreversible. Su manifestacin ms frecuente es la necrosis por coagulacin, caracterizada por la desnaturalizacin de las protenas citoplsmicas, la fragmentacin de las organelas celulares y la tumefaccin o hinchazn celular.

El aspecto morfolgico de la necrosis es el resultado de dos procesos esencialmente concurrentes: 1) digestin enzimtica de la clula y 2) desnaturalizacin de las protenas. Las enzimas catalticas proceden de los lisosomas de las clulas muertas, en cuyo caso la digestin enzimtica se denomina autlisis, o de los lisosomas de leucocitos que han acudido a la zona de necrosis, denominndose en este caso heterlisis. Estos procesos tardan horas en evolucionar, por lo que pueden no existir cambios detectables en las clulas de, por ejemplo, un infarto miocrdico que produjo muerte sbita. La nica evidencia podra ser en este caso la oclusin de una arteria coronaria. La evidencia histolgica ms precoz de la necrosis miocrdica no se manifiesta hasta transcurridas 4 a 12 horas, aunque la prdida de enzimas y protenas de origen cardaco procedentes del msculo necrtico se puede detectar en el torrente sanguneo 2 horas despus de la muerte de las clulas niiocrdicas (Fig. 1-12).

MORFOLOGA. Las clulas necrticas muestran un aumento de la eosinofilia, atribuible en parte a la prdida de la basofilia normal proporcionada por el ARN en el citoplasma y, en parte, al aumento de la unin de la eosina a las protenas intracelulares desnaturalizadas (Fig. 1-12B). La clula puede tener un aspecto esmerilado ms homogneo que las clulas normales, principalmente como resultado de la prdida de partculas de glucgeno. Cuando las enzimas han digerido las organelas citoplsmicas, el citoplasma se vacuollza y adopta un aspecto apolillado, Finalmente, se puede producir la calcificacin de las clulas muertas. Con el microscopio electrnico, las clulas necrticas se caracterizan por una franca discontinuidad en las membranas plasmticas y de las organelas, intensa dilatacin de las mitocondrias con aparicin de densidades amorfas grandes, figuras de mielina intracitoplsmicas, detritus eosinfilos amorfos y agregados de material ve-lloso que probablemente representan protena desnaturalizada (vase Fig, 1-7C). Los cambios nucleares se presentan en forma de alguno de los tres siguientes patrones (vase Fig. 1-6C). La basofilia de la cromatina puede desvanecerse (carilisis), un cambio que probablemente refleja la actividad de la ADNasa. Un segundo patrn (que tambin se observa en la clula muerta por apoptosis) es la picnosis, caracterizada por constriccin nuclear y aumento de la basofilia. Aqu el ADN se condensa aparentemente en una masa basfila encogida y slida. En el tercer patrn, conocido como cariorrexis, el ncleo total o parcialmente picntico sufre una fragmentacin. Con el paso del tiempo (uno o dos das), el ncleo de la clula necrtica desaparece totalmente.

Una vez que las clulas necrticas han sufrido las alteraciones precoces antes descritas, la masa de clulas necrticas puede presentar diversos patrones morfolgicos. Aunque estos trminos estn en cierta medida pasados de moda, se siguen utilizando de manera rutinaria y su significado es conocido tanto por los anatomopatlogos como por los clnicos. Cuando la desnaturalizacin es el patrn primario, se produce la necrosis coagulativa o por coagulacin. En los casos en los que predomina la digestin enzimtica, el resultado es la necrosis licuefactiva o por licuefaccin; en circunstancias especiales, se pueden producir necrosis caseosa y necrosis grasa.


Figura 1.12 A: Miocardio normal. B: Miocardio con necrosis por coagulacin ('/i superiores del a ligona. que mueslrrl libras miocrdicas anuclcadas d,ertemenle eos fila,. Los leucocitos del intersticio representan una leacculn precoe del msculo necrtico. Comprese con 1 c con las fibras normales de la parte Interior de la figura.

La necrosis coagulativa implica la preservacin del perfil bsico de la clula coagulada durante al menos unos das (Fig. 1-13A). El tejido afectado presenta una consistencia firme. Al parecer, la lesin o el subsiguiente aumento de la acidosis intranuclear desnaturaliza no slo las protenas estructurales sino tambin las protenas enzimticas, bloqueando, por tanto, la protelisis de las clulas. El infarto de miocardio es un ejemplo excelente en el que las clulas acidflas, coaguladas y anucleadas pueden persistir durante semanas. Finalmente, las clulas del miocardio necrtico se eliminan por fragmentacin y fagocitosis de los restos celulares por leucocitos barredores y por la accin de enzimas lisosomales pro-teolticas producidas por los leucocitos migratorios. El proceso de la necrosis coagulativa, con preservacin de la arquitectura tisular general, es caracterstico de la muerte hipxica de las clulas en todos los tejidos salvo el cerebro.

La necrosis licuefactiva es caracterstica de las infecciones bacterianas focales y ocasionalmente de las infecciones por

hongos, dado que estos agentes constituyen estmulos poderosos para la acumulacin de clulas inflamatorias (Fig. 1-13B, Por oscuras razones, la muerte hipxica de las clulas del sistema nervioso central evoca a menudo una necrosis licue-factiva. Cualquiera que sea su patogenia, la licuefaccin digiere de forma completa las clulas muertas. El resultado final es la transformacin del tejido en una masa lquida viscosa. Si el proceso ha sido iniciado por inflamacin aguda (Captulo 3), el material suele ser amarillento y cremoso, debido a la presencia de leucocitos muertos, y en este caso se denomina pus. Aunque la necrosis gangrenosa no representa en realidad un patrn diferente de muerte celular, el trmino suele utilizarse an en la prctica clnica quirrgica. Se suele aplicar a un miembro, generalmente la extremidad inferior, que ha perdido su aporte sanguneo y ha sufrido una necrosis coagulativa. Cuando se superpone una infeccin bacteriana, le necrosis coagulativa es modificada por la accin licuefactiva de las bacterias y los leucocitos atrados (lo que se conoce como gangrena hmeda),

La necrosis caseosa es una forma especfica de necrosis coagulativa que se encuentra con mayor frecuencia en focos

de infeccin tuberculosa (Captulo 9). El trmino caseosa deriva del aspecto microscpico (blanca y parecida al queso) del rea de necrosis (Fig. 1-14). Histolgicomente, el foco necrtico aparece como restos granulares amorfos que parecen estar compuestos por clulas coaguladas, fragmentadas, encerradas dentro de un borde inflamatorio definido conocido como reaccin granulomotosa (Captulo 3). A diferencia de la necrosis coagulativa, la arquitectura tisular desaparace completamente.

La necrosis grasa es un trmino muy arraigado en la prctica mdica pero, en realidad, no denota un patrn especfico

de necrosis. En vez de ello, describe reas focales de destruccin de grasa, como resultado de la liberacin anormal de lipasas pancreticas activadas en el parnquima del pncreas y en la cavidad peritoneal. Se observa en la desastrosa urgencia abdominal conocida como pancreatitis aguda (Captulo 20). En este cuadro, las enzimas pancreticas activadas escapan de las clulas y conductos acinares; las enzimas activadas producen licuefaccin de las membranas celulares de los adipocitos, y las lipasas activadas hidrolizan los steres triglicridos contenidos en el interior de los mismos. Los cidos grasas liberados se combinan con el calcio para producir reas de color blanco calcreo (saponificacin grasa), visibles macroscpicamente, que permiten que el cirujano y el anatomopatlogo identifiquen la enfermedad (Fig. 1-15). Desde el punto de vista histolgico, la necrosis adopta la forma de focos de perfiles en sombra de clulas grasas necrticas, con depsitos de calcio basfilos, rodeados por una reaccin inflamatoria (Fig. 1-15).

Finalmente, en el paciente vivo, la mayor parte de las clulas necrticas y sus detritus desaparecen por un proceso

combinado de digestin enzimtica y fragmentacin, con fagocitosis de los detritus por los leucocitos. Si las clulas necrticas y los restos celulares no se destruyen y reabsorben con rapidez, tienden a atraer sales de calcio y otros minerales y se calcifican. Este fenmeno, denominado calcificacin dishfica, se expone en el Captulo 2.


Figura 1-13 Necrosis congulativa y licuefactiva. A: Infarto renal con necrosis por coagulacin en el que se puede observar la prdida de los ncleos y la condensacin del citoplasma, con preservacin de los contornos bsicos de la arquitectura glomerular y tubular. B: Foco de necrosis por licuefaccin en el rin debida a diseminacin fngica. El foco aparece repleto de leucocitos y restos celulares, dando lugar a un absceso renal que borra la arquitectura normal.

Figura 1.14 Pulmn tuberculoso con una gran zona de necrosis caseosa. El material caseoso es blanquecino-amrillento y con aspecto de queso fundido.

Figura 1.15 Foco de necrosis grasa con saponificacin en el mesenterio. Las zonas de depsitos blanquecinos representa formacin de jabn de calcio en las reas de fragmentacin de lpidos.

APOPTOSIS Este patrn morfolgico de lesin celular, conocido por los anatomopatlogos desde hace tiempo es aceptado en la

actualidad como tina forma importante y distintiva de muerte celular. Aunque existen varias caractersticas que diferencian a la apoptosis ele la necrosis por coagulacin (Fig. 1-16), hay un solapamiento y diversos mecanismos comunes entre ambos


procesos de muerte celular. Adems, al menos algunos tipos de muerte celular se expresan cono apoptosis o cono necro-sis, segn la intensidad y duracin del estmulo, la rapidez del proceso de muerte p la intensidad de deplecin de ATP que suite la clula.

Definicin y causas La apoptosis fue reconocida inicialmente en 1972 por su morfologa caracterstica, y se denomin de esta manera por la raz griega de apostatar. Es una forma de muerte celular cuyo objetivo es el de eliminar las clulas del husped que ya no son necesarias a travs de la activacin de una serie coordinada y programada de acontecimientos internos, que se inicia por un grupo de productos gnicos cuya funcin especfica es precisamente sta. Se puede observar en los siguientes contextos generales: 1) durante el desarrollo: 2) como mecanismo homeostsico para el mantenimiento de las poblaciones celulares en los tejidos: 3) como mecanismo de delensa en las reacciones inmunitarias: 4) cuando las clulas son lesionadas por enfermedad o por agentes lesivos, y 5) en el envejecimiento. Es responsable de numerosas respuestas fisiolgicas, adaptativas y patolgicas, entre ellas las siguientes:

La destruccin programada de las clulas durante la embriognesis, abarcando la implantacin,

organognesis, involucin del desarrollo y la metamorfosis. Aunque la apoptosis es un proceso morfolgico, que puede que no siempre sea la base de la funcionalmente definida muere celular programada de la embriognesis, ambos trminos son utilizados actualmente como sinnimos por la mayora de los investigadores.

Involucin dependiente de hormonas en el adulto. como por ejemplo la destruccin de las clulas endometriales durante el ciclo menstrual, la atresia folicular del ovario en la menopausia, la regresin de la mama lactante durante el destete y la atrofia prosttica tras la castracin.

Deleccin celular en las poblaciones celulares en proliferacin, como por ejemplo el epitelio de la cripta intesti-nal.

Muerte celular en tumores, con ms frecuencia durante la regresin. pero tambin en tumores con crecimiento celular activo.

Muerte de los neutrfilos durante la respuesta inflanmatoria aguda. Muerte de las clulas inmunitarias, tanto linfocitos B como T tras la deplecin de citocinas, adems de la

desaparicin de clulas T autorreactivas en el desarrollo del timo. Muerte celular inducida por clulas T citottoxicas, como en el rechazo inmunitario celular y en la enfermedad

injerto contra husped. Atrofia patolgica de los rganos perenquimatosos tras la obstruccin de conductos, como la que sucede en el

pancreas, glndula partida y rin. Lesin celular en ciertas enfermedades virales, como por ejemplo la hepatitis virar, en la que los fragmentos

celulares apoptlicos del hgado se conocen como cuerpos de Councilman. Muerte celular producida por diversos estmulos nocivos que son capaces de producir necrosis, pero cuando

se administran en dosis bajas. Por ejemplo, el calor, la radiacin, los frmacos citotxicos anticancerosos y, posiblemente, la hipoxia pueden inducir apoptosis si el estmulo lesivo es leve, aunque las dosis elevadas del mismo estmulo causan la muerte celular por necrosis.

NECROSIS APOPTO5IS


Figura 1-16 Cambios ultraestructurales secuenciales que se observan en la necrosis por coagulacin (izquierda) y la apoptosis (derecha). En la apoptosis los cambios iniciales consisten en condensacin y fragmentacin de la cromatina nuclear, seguidas de la formacin de yemas citoplsmicas y de la fagocitosis de los cuerpos apoptticos eliminados. Los signos de necrosis por coagulacin son la condensacin de la cromatina, la tumefaccin de las organelas y la lesin final de la membrana. (Adaptado de Walker NI. et al: Patterns of cell death. Methods Archiv Exp Pathol 13:18-32. 1988. Reproducido con autorizacin de S. Karger AGi, Basilea.)

Antes de exponer los mecanismos de la apoptosis, describiremos los procesos morfolgicos y bioqumicos caractersti-cos de la nmismna.

MORFOLOGA. Los siguientes rasgos morfolgicos, algunos visualizados mejor con el microscopio electrnico, caracterizan a las clulas que sufren apoptosis (Figura 1-16) Constriccin celular- La clula tiene un tamao menor; el citoplasma es denso; y las organelas, aunque relativamente

normales, estn ms agrupadas. Condensacin de la cromatina- ste es el rasgo ms caracterstico de la apoptosis. La cromatina se agrega en la

periferia, por debajo de la membrana nuclear, en masas densas bien delimitadas de diversas formas y tamaos (Fig. 1-17). El ncleo puede romperse, produciendo dos o ms fragmentos,

Formacin de vesculas citoplsmicas y cuerpos apoptticos- Las clulas apoptticos muestran al principio una intensa vesiculacin en la superficie, despus sufren fragmentacin en numerosos cuerpos apoptticos rodeados por membrana y compuestos de citoplasma y organelas muy agrupadas, con o sin un fragmento nuclear.

Fagocitosis de las clulas o cuerpos apoptticos por las clulas sanas adyacentes- (ya sean clulas parenquimatosas o macrfagos) Los cuerpos apoptticos se degradan con rapidez dentro de los lisosomas, y las clulas adyacentes migran o proliferan para reemplazar el espacio ocupado por la clula apopttica suprimida.

Las membranas plasmticas permanecen intactas durante la apoptosis hasta las ltimas fases de la misma, cuando se

hacen permeables a los solutos que normalmente son retenidos. Esta descripcin clsica es verdadera en lo que se refiere a la apoptosis en condiciones fisiolgicas como durante la embriognesis y en la delecin de clulas inmunitarias. Sin embargo, tras los estmulos lesivos no son infrecuentes las formas indeterminadas de muerte celular con caractersticas de necrosis y de apoptosis, que han sido denominadas necrosis secundaria por Wyllie. En estas situaciones, es la gravedad, ms que la especificidad del estmulo, lo que determina la forma en la que se expresa la muerte celular, Si predominan las caractersticas necrticas, se produce una lesin inicial de la membrana plasmtica, con tumefaccin o hinchazn celular, en lugar de constriccin celular.

El estudio histolgico en tejidos teidos con hematoxilina y eosina demuestra que la apoptosis afecta a clulas aisladas o a pequeos grupos de clulas. La clula apopttica aparece como una masa redondeada u oval de citoplasma intensamente eosinfilo en cuyo interior se observan fragmentos de cromatina nuclear densa (Fig. 1-18). Debido a que la constriccin celular y la formacin de cuerpos apoptticos son rpidas, y a que los fragmentos se fagocitan rpidamente, se degradan o se eliminan hacia la luz, en los tejidos se puede producir una apoptosis muy considerable antes de que sta sea aparente en los cortes histolgicos. Adems, la apoptosis, al contrario que la necrosis, no induce inflamacin, lo que hace ms difcil su deteccin histolgica.

Figura 1.17 Caratersticas ultraestructurales de la apoptosis. Algunos fragmentos nucleares muestran semilunar perifricas de cromatina compacta, mientras que otros tienen una densidad uniforme. (Tomado de Kerr JFR y Harmon BV: Definition and incidence of apoptosis: a hislorical perspetive. En Tomei LD y Cope FO (eds.). Apoptosis: The Molecular Basis of Cell Death. CoId Spring Harbor NY. Cold Spring Harbor Laboratory Press. 1991, pp5-29.)

Caractersticas bioqumicas

Las clulas apoptticas suelen presentar una constelacin caracterstica de modificaciones bioqumicas subyacentes a


las alteraciones estructurales que acabamos de describir (Figura 1-18). Algunas de estas modificaciones tambin se pueden observar en las clulas necrticas, pero otras son ms especficas.

Fragmentacin de protenas. Una caracterstica especfica de la apoptosis es la hidrlisis de protenas que implica la activacin de varios miembros de una familia recin descubierta de proteasas de la cistena denominados caspascrst0. La fragmentacin inducida por la casposa de la estructura nuclear y de las protenas del citoesqueleto (junto con el estable-cimiento (le enlaces cruzados en las protenas) constituye la base (le las alteraciones nucleares y citoplsmicas caractersti-cas que se observan en las clulas apoptticas. La actividad de ta casposa tambin inicia las endonucleasas (vase ms adelante).

Enlaces cruzados en las protenas. La intensa formacin de enlaces cruzados proteicos por la activacin de la transglutaminasa convierte las protenas citoplsmicas en cubiertas constreidas por enlaces covalentes que pueden fragmentarse en cuerpos apoptticos.

Fragmentacin del ADN. Las clulas apoptticas muestran una fragmentacin caracterstica del ADN en grandes fragmentos (le 50 a 300 kilobases. Posteriormente, se produce una fragmentacin intemucleosomal del ADN en oligonu-cleosomas constituidos por mltiplos de 180 a 200 pares de bases, por accin de endonucleasas dependientes del Ca2+ y del Mg2+. Los fragmentos se visualizan, mediante electroforesis en gel azarosa, como escaleras de ADN (Fig. 1-19). La ac-tividad de la endonucleasa tambin sirve de base para la deteccin de la muerte celular mediante tcnicas citoqumicas que reconocen las fragmentaciones bicatenarias del ADN. Sin embargo, la fragmentacin internucleosomal del ADN no es especfica de la apoptosis. Adems, el patrn de frotis de la fragmentacin del ADN, que pareca ser indicativo de la ne-crosis, podra ser nicamente un fenmeno autoltico tardo, dado que las tpicas escaleras de ADN tambin se pueden ver en las clulas necrticas

Reconocimiento fagocitario. Las clulas apoptticas expresan fosfatidilserina en las capas externas de sus membra

I Patologia Celular

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