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1 Texto virtual de fisiología y biofísica Dr. Fernando D. Saraví Profesor Titular Instituto de Fisiologia Facultad de Ciencias Médicas Universidad Nacional de Cuyo Mendoza 5500 Argentina E-mail: fernando.saravi@hotmail.es profesorsaravi@gmail.com Este es un tratado actualizado, con énfasis en la fisiología humana, orientado a estudiantes de medicina y otras ciencias de la salud. Los archivos de sus 95 capítulos están disponibles de manera pública y gratuita en: http://fisiologiahumana.weebly.com Secciones Parte 1: Sangre e inmunidad Parte 2: Sistema endocrino Parte 3: Reproducción Parte 4: Sistema nervioso Parte 5: Circulación Parte 6: Respiración Parte 7: Riñón y medio interno Parte 8: Digestión 1. Sangre e inmunidad 01. Sangre: Composición, funciones y eritrocateresis 02. Hemopoyesis 03. Sistema inmune 04. Hemostasia 2. Sistema endocrino 05. Organización del sistema endocrino 06. Mecanismos de acción hormonal 07. Hipotálamo e hipófisis 08. Tiroides 09. Glándulas suprarrenales 10. Páncreas endocrino y metabolismo intermedio 11. Crecimiento y desarrollo 12. Envejecimiento y senectud 13. Hueso y metabolismo fosfocálcico mailto:fernando.saravi@hotmail.es mailto:profesorsaravi@gmail.com http://fisiologiahumana.weebly.com/ 2 3. Reproducción 14. Diferenciación sexual 15. Pubertad 16. Aparato sexual masculino 17. Aparato sexual femenino 18. Embarazo: Endocrinología y adaptaciones fisiológicas 19. Embarazo: Intercambio materno-fetal 20. Parto y lactancia 4. Sistema nervioso 21. Organización y soporte del sistema nervioso 22. Transporte transmembrana y potencial de reposo 23. Fenómenos electrotónicos 24. Propagación: El potencial de acción 25. Sinapsis 26. Receptores sensoriales 27. Somestesia 28. Nocicepción y dolor 29. Audición 30. El ojo como instrumento óptico 31. Visión: Retina, vías y centros 32. Sentidos químicos: gusto y olfato 33. Organización de los sistemas motores 34. Músculo esquelético: Electrofisiología 35. Músculo esquelético; Mecánica 36. Reflejos espinales 37. Equilibrio y postura 38. Corteza motora 39. Ganglios de la base 40. Cerebelo 41. Fisiología de la marcha 42. Atención y memoria 43. Funciones nerviosas superiores 44. Sueño y vigilia 45. Comportamiento emocional e instintivo 46. Sistema nervioso autónomo 47. Regulación de la temperatura 5. Circulación 48. Organización del sistema circulatorio 49. Principios de hemodinámica 50. Reología de la sangre 51. Electrofisiología cardíaca 52. El electrocardiograma 53. Mecánica de las células cardíacas 54. El ciclo cardíaco 3 55. El corazón como bomba 56. Circulación coronaria 57. El gasto cardíaco 58. Vasos sanguíneos 59. Músculo liso vascular 60. Presión y flujo en las arterias 61. Microcirculación 62. Función endotelial 63. Sistema venoso y linfático 64. Regulación cardiovascular 6. Respiración 65. Organización del sistema respiratorio 66. Mecánica de la respiración y fisiología del habla 67. Volúmenes y capacidades pulmonares: Espirometría 68. La circulación pulmonar 69. Hematosis y relación ventilación/perfusión 70. Transporte de gases en sangre 71. Regulación de la respiración 72. Fisiología de la fonación 73. Hipoxia 74. Respuesta respiratoria y circulatoria al ejercicio 7. Riñón y medio interno 75. Organización del aparato urinario 76. Fisicoquímica de los líquidos corporales 77. Clearance (depuración) 78. Filtración glomerular 79. Función tubular 80. Concentración y dilución de la orina 81. Transporte, almacenamiento y eliminación de la orina 82. Balance de agua, sodio, potasio y magnesio 83. Estado ácido-básico 8. Digestión 84. Organización del sistema digestivo 85. Regulación neurohumoral 86. Masticación y deglución 87. Motilidad del estómago e intestino delgado 88. Motilidad del colon, continencia y defecación 89. Secreción salival 90. Secreción gástrica 91. Secreción pancreática exocrina 92. Secreción biliar y función hepática 93. Digestión y absorción 94. Principios de nutrición 95. Regulación de la ingesta de alimentos Dr. Fernando D. Saraví En el adulto el volumen total de sangre o volemia comprende 8 % de la masa corporal (rango, 7 y 9 % , ó aprox. 70 a 80 mL/kg de peso), es decir 4 a 5 L en la mujer no embarazada y 5 a 6 L en el varón.. El pH de la sangre es de 7.40 (rango 7.35 a 7.45). La densidad de la sangre es en término medio 1.055 g/cm3 (rango 1.045 a 1.065 g/cm3) y su viscosidad normal es de 4 cP (rango 3.5 a 5.5 cP) con una tasa de corte de 100 s-1 o mayor (véase más abajo). La sangre cumple múltiples funciones, entre las que merecen citarse las siguientes: 1) Transporte de gases: Oxígeno desde los pulmones hacia los tejidos y dióxido de carbono desde los tejidos hacia los pulmones. 2) Transporte de nutrientes desde el tracto digestivo hacia el hígado y otros tejidos, e intercambio de nutrientes entre diversos tejidos. 3) Transporte de señales hormonales desde las glándulas endocrinas hacia sus órganos blanco. 4) Transporte de sustancias de desecho hacia los órganos de eliminación (riñón, hígado). 5) Transporte de calor y regulación de la temperatura 6) Metabolismo de hormonas y diversas sustancias biológicas 7) Regulación del equilibrio ácido básico 8) Regulación del equilibrio hidrosalino 9) Defensa contra microorganismos Las funciones múltiples de la sangre se reflejan en su compleja composición (Fig. 1). Consta de células o elementos formes y de una fase fluida, llamada plasma. Los elementos formes comprenden trombocitos, leucocitos y eritrocitos. Los primeros, también llamados plaquetas, cumplen un papel fundamental en la hemostasia (prevención y detención de las hemorragias). Los leucocitos o glóbulos blancos son parte del sistema inmunológico. Aunque sus funciones son muy importantes, las plaquetas y los leucocitos constituyen una fracción muy pequeña de cada volumen de sangre. Las concentraciones de elementos formes se expresan en unidades por microlitro o mm3 (1 μL = 1 mm3). Las células más abundantes son con mucho los eritrocitos o glóbulos rojos (4 a 6 milllones por μL). Su principal función es el transporte de oxígeno y dióxido de carbono, para lo cual contienen una elevada concentración de hemoglobina. La fracción porcentual de cada volumen de sangre ocupado por los eritrocitos se denomina hematocrito. Por ejemplo, un hematocrito de 40 % significa que hay 400 mL de glóbulos rojos por cada 1000 mL de sangre. El plasma tiene una concentración de proteínas de 70 g/L (rango 60 a 80 g/L) y aprox. 2 g/L de diversos solutos de bajo peso molecular, llamados colectivamente cristaloides, que incluyen cationes y aniones inorgánicos, glucosa, urea, y otras moléculas. La composición de cristaloides en el plasma es similar a la del líquido intersticial, debido a que estas moléculas atraviesan libremente el endotelio de la mayoría de los capilares. Por el contrario, la transferencia de proteínas plasmáticas es limitada por el endotelio (excepto en los sinusoides hepáticos, esplénicos y de la médula ósea). PROTEÍNAS PLASMÁTICAS Las principales proteínas plasmáticas son la albúmina, las globulinas y el fibrinógeno. La concentración plasmática de fibrinógeno es de 200 a 400 mg/dL. Cuando la sangre coagula, se consume fibrinógeno y algunas proteínas que son factores de coagulación (ver HEMOSTASIA). La fase líquida restante luego de la coagulación se llama suero sanguíneo. A pH básico, las proteínas del suero son polianiones que migran en un La sangre: Composición y funciones; eritrocateresis Posgrado-00 Sello La sangre Dr. Fernando D. Saraví 2 campo eléctrico en proporción directa a su carga eléctrica e inversa a su masa. Esto permite separar las diversas fracciones mediante electroforesis (Fig. 2). La albúmina no contieneresiduos de carbohidratos, pero el resto de las proteínas plasmáticas son casi todas glicoproteínas. Con excepción de las γ−globulinas, las proteínas plasmáticas se sintetizan en el hígado (aunque pequeñas cantidades de ciertas proteínas provienen de otros orígenes, como por ej. el endotelio). La albúmina es una proteína globular de 69 kDa que constituye 60 % de la masa de proteínas plasmáticas (3.5 a 5.5 g/dL). La mitad de la proteína secretada por el hígado es albúmina (12 g/día). Su vida media en el plasma es de 20 h. La albúmina es responsable por 75 a 80 % de la presión coloidoosmótica del plasma. Además contribuye al transporte de diversas sustancias en el plasma, como calcio, ácidos grasos libres y bilirrubina. Muchos fármacos, como aspirina y penicilina, también circulan unidos a la albúmina. La fracción α1-globulina es aprox. 3 % del total. Incluye entre otras proteínas la α1- glicoproteína ácida, la α1-antitripsina y la α1- fetoproteína (la cual normalmente no supera 2 mg/dL). La fracción α2-globulina (aprox. 10 % del total) abarca la α2-macroglobulina, la ceruloplasmina (transporte de Cu2+), la haptoglobina (que se liga a la hemoglobina libre en plasma e impide que se pierda por orina), la α2-antitrombina (regulación de la coagulación) y la proteína C reactiva. Esta última participa en la regulación de la coagulación y en mecanismos inmunitarios. Es la principal de las llamadas proteínas de fase aguda, cuya concentración aumenta enormemente (hasta 1000 veces) en estados inflamatorios por mayor producción hepática. La fracción β-globulina contiene fibronectina, transferrina (transporta Fe2+), transcobalamina (transporta vitamina B12), componentes del complemento (ver INMUNIDAD INESPECÍFICA) y lipoproteínas fundamentales para el transporte de lípidos entre el hígado y los tejidos. Las inmunoglobulinas que componen la fracción γ-globulina son sintetizadas por células plasmáticas y corresponden principalmente a tipos G, M y A, que se describirán con el SISTEMA INMUNE. El proteinograma revela alteraciones cuantitativas en las fracciones normales, como por ej. hipoalbuminemia en la desnutrición, el síndrome nefrótico y la insuficiencia hepática o hipergamaglobulinemia en infecciones y enfermedades autoinmunes. También detecta proteínas anormales (paraproteinemia), en enfermedades como mieloma múltiple y macroglobulinemia de Waldeström. EL HEMOGRAMA El hemograma es una descripción cuantitativa y cualitativa de las células sanguíneas. Actualmente se realiza mediante analizadores automáticos que en general brindan resultados más confiables y precisos que el examen manual. No obstante, en casos particulares se necesita el examen manual de un frotis (Fig. 3) por un hematólogo para establecer un diagnóstico (por ejemplo, detectar poiquilocitosis, alteraciones en la forma de los La sangre Dr. Fernando D. Saraví 3 glóbulos rojos o anisocitosis, disparidad en su diámetro o volumen). El hemograma brinda información sobre eritrocitos, leucocitos y plaquetas. Serie roja Los datos cuantitativos son el recuento de eritrocitos (millones por microlitro; 1 μL = 1 mm3), el hematocrito (%), la concentración de hemoglobina (g/dL de sangre). Los valores normales se indican en la Tabla 1. En la embarazada se admiten cifras menores que las indicadas. Los llamados índices hematimétricos se calculan a partir de los datos anteriores y son: 1. Volumen corpuscular medio (MCV): Volumen promedio de los eritrocitos en femtolitros (1 fL = 10-15 L). Se calcula como hematocrito x 10 dividido millones de eritrocitos por mm3. Por ej., si el hematocrito es 45 % y hay 5 M/μL, MCV = 450/5 = 90 fL. Rango normal: 80 a 95 fL. 2. Hemoglobina corpuscular media (MCH): Cantidad promedio de hemoglobina en cada eritrocito en picogramos (1 pg = 10-12 g). Se calcula como el cociente entre la concentración de hemoglobina en gramos/litro y el número de eritrocitos en millones/mm3. Por ej., si hay 15 g/dL y 5 millones/mm3, MCH = 150/5 = 30 pg/eritrocito. Rango normal: 27 a 31 pg. 3. Concentración de hemoglobina corpuscular media (MCHC): Es la concentración promedio de hemoglobina en gramos por dL de eritrocitos. Se calcula dividiendo la hemoglobina en g/dL y el hematocrito como fracción. Para el ejemplo antes dado, MCHC = 15/ 0.45 = 33.3 g/dL. Rango normal: 32 a 36 g/dL. 4. Amplitud de distribución del volumen eritrocitario (RCDW): Es una medida de la dispersión en el tamaño de los eritrocitos. Su aumento se llama anisocitosis. El rango normal es de 11 a 15 %. La anemia es una condición muy común, en la cual hay anormalidades en los eritrocitos o sus precursores. La anemia obedece a numerosas causas congénitas o adquiridas. Se define como una reducción en la masa de eritrocitos circulantes. En la práctica se diagnostica por una concentración de hemoglobina menor de 12 g/dL o un hematocrito menor de 36 % en la mujer, o respectivamente < 14 g/dL o < 41 % en el varón. El número de eritrocitos/mm3 es un criterio menos útil pues este recuento es poco exacto, con un error de ± 20 %. El recuento de reticulocitos no forma parte del hemograma estándar pero es indispensable para el estudio de la anemia. Los reticulocitos son glóbulos rojos jóvenes que aún conservan restos de ARN extranuclear de sus precursores, evidenciable en un frotis teñido con azul de metileno. Normalmente son 1 a 2 % de los glóbulos rojos de la sangre periférica. La anemia reconoce numerosas causas, pero en definitiva se produce por dos causas principales: insuficiente producción o excesiva pérdida de eritrocitos. La producción insuficiente puede deberse a defecto en la proliferación (Por ej., anemia aplástica) o en la maduración de los precursores de eritrocitos (por ej., déficit de hierro o de folato). En las fallas de producción los reticulocitos permanecen bajos (típicamente < 2 %). Estas anemias se denominan no regenerativas. La pérdida excesiva puede deberse a destrucción acelerada (hemólisis) o hemorragia. En las anemias por pérdida excesiva, también llamadas regenerativas, la médula ósea responde produciendo más eritrocitos, y la fracción de reticulocitos corregida es > 2.5 %. La corrección es necesaria porque un porcentaje “normal” de reticulocitos en un sujeto anémico indica una concentración absoluta baja de eritrocitos. Por ej., 1 % de 5 000 000 eritrocitos/mm3 = 50 000 reticulocitos/mm3; pero 1 % de 3 000 000 eritrocitos/mm3 (anemia) corresponde a sólo 30 000 reticulocitos/mm3. El recuento en porcentaje debe corregirse por el cociente entre la concentración de hemoglobina del paciente anémico y la media normal, o entre el hematocrito del paciente y el hematocrito medio normal. Por ejemplo, cuando la concentración de hemoglobina es 9 g/dL y el hematocrito 27 %, los factores de corrección son 9/15 y 27/45 respectivamente. Un recuento no corregido de 4 Tabla 1: Valores normales para las variables eritrocíticas en el varón adulto y la mujer adulta no embarazada. Variable Varón Mujer Eritrocitos (106/mm3) 4.7- 6.1 4.2 - 5.4 Hematocrito (%) 42 – 52 34 – 47 Hemoglobina (g/dL) 14 – 18 12 – 16 MCV (fL) 80 - 95 MCH (pg) 27 – 31 MCHC (g/dL) 32 – 36 RCDW (%) 11 – 14.5 Reticulocitos (%) 1 - 2 La sangre Dr. Fernando D. Saraví 4 % en un paciente con 9 g/dL corresponde a un valor corregido de 4 . 9/15 = 2.4 % (si aparecen precursores eritroides inmaduros en sangre periférica se requiere una segunda corrección, típicamente dividiendo por dos el resultado de la primera corrección). Serie blanca Los datos cuantitativos son el recuento de leucocitos y la proporción de cada uno de los principales tipos de leucocitos (Tabla 2). Normalmente la concentración de leucocitos es mayor en la mujer que en el varón, y esta diferencia se acentúa durante el embarazo. En los niños normales es mayor el porcentaje de linfocitos que de neutrófilos.Un exceso de glóbulos blancos se llama leucocitosis y se encuentra, por ej., en infecciones, grandes quemaduras y leucemias. El déficit se denomina leucopenia y se asocia con depresión primaria de la médula ósea, vasculitis generalizadas, quimioterapia y reacciones a fármacos. El recuento diferencial también brinda información importante. Por ejemplo, la neutrofilia (exceso de neutrófilos) es típica de las infecciones bacterianas, mientras que la neutropenia puede deberse a quimioterapia y a ciertos fármacos. En el recuento diferencial, los neutrófilos con núcleo en cayado representan formas jóvenes y su exceso, llamado desviación a la izquierda, se toma como indicativo de infección aguda. No obstante, excepto en la sepsis del neonato, el valor de una desviación a la izquierda está muy cuestionado. Un exceso de linfocitos (linfocitosis) se observa en hepatitis viral y mononucleosis infecciosa. Por el contrario, se encuentra linfopenia en la infección por HIV y luego de la radioterapia. El exceso de monocitos (monocitosis) puede observarse en la tuberculosis, y el exceso de eosinófilos (eosinofilia) en enfermedades parasitarias y alérgicas. Los basófilos circulantes disminuyen en una reacción alérgica aguda, pero como su concentración normal es baja, esto puede ser difícil de demostrar. Plaquetas En el hemograma se describe su apariencia y su concentración. Normalmente hay entre 150 000 y 400 000 trombocitos/μL. Este rango es válido para niños y adultos. El exceso de plaquetas (trombocitosis) puede ser primario por enfermedad de la médula ósea, pero con mayor frecuencia es secundario a hemorragia, infección, quemaduras, tumores o inflamación crónica. La trombocitopenia puede también ser primaria por falla de la médula ósea o una enfermedad propia de las plaquetas (púrpura trombocitopénica), o ser secundaria a enfermedades como coagulación intravascular diseminada, hiperesplenismo, infección por HIV, síndrome urémico-hemolítico. ERITROSEDIMENTACIÓN Los eritrocitos son más densos que el plasma. Si se impide la coagulación de la sangre y se la deja en reposo en un tubo, los eritrocitos decantan y dejan una capa de plasma sobrenadante. Este fenómeno es más intenso cuando aumenta la concentración plasmática de fibrinógeno, proteína C o inmunoglobulinas. Esto se debe a que estas proteínas facilitan la asociación de los eritrocitos en “pilas de monedas” al reducir la repulsión electrostática entre sus membranas. Los eritrocitos agregados decantan más rápidamente. El espesor de la capa de plasma formada al cabo de 1 h de dejar la sangre en reposo en un tubo especial milimetrado, llamado de Westergren, se denomina incorrectamente (aunque está consagrado por el uso) “velocidad de sedimentación globular” (VSG); Tabla 3. La medición válida de la VSG exige una serie de precauciones técnicas. Por ej., si el tubo no se encuentra perfectamente vertical la VSG medida es mayor que la real. Además, la VSG es mayor cuando existe anemia y puede ser normal en la policitemia y la hipofibrinogenemia. La VSG contribuye decisivamente al Tabla 3: Valores normales de eritrosedimentación (www.nlm.nih.gov) Edad y sexo VSG (mm en 1a h) Neonatos 0 a 2 Hasta 13 años 3 a 13 Varones < 50 años < 15 Varones > 50 años < 20 Mujeres < 50 años < 20 Varones > 50 años < 30 Tabla 2: Valores normales de la serie blanca en el varón adulto y la mujer adulta no embarazada. Variable Varón Mujer Leucocitos (103/mm3) 5 - 10 4.5 - 11 Neutrófilos 55 – 70 % Neutróf. en cayado 0 – 3 % Linfocitos 20 – 40 % Monocitos 2 – 8 % Eosinófilos 1 – 4 % Basófilos 0.5 – 1 % La sangre Dr. Fernando D. Saraví 5 diagnóstico de unas pocas enfermedades, como arteritis de células gigantes, tiroiditis subaguda y polimialgia reumática, cuando una VSG muy alta se acompaña de las manifestaciones clínicas pertinentes. También se mide en forma seriada para seguir la evolución de una enfermedad. Por ej., en la tuberculosis y en la artritis reumatoidea la VSG se reduce progresivamente cuando hay respuesta al tratamiento. Además, la VSG es una prueba de rutina que a veces alerta sobre una enfermedad no sospechada y la necesidad de estudios adicionales. Valores muy altos de VSG (a veces > 100 mm) pueden observarse en pacientes, aún asintomáticos, con infecciones, tumores o enfermedades autoinimunes. ERITROCATERESIS La eritrocateresis es el conjunto de procesos mediante los cuales se depuran (eliminan de la circulación) los eritrocitos viejos o anormales. Los eritrocitos normales subsisten en la circulación por 120 días (rango 116 a 124 días). Durante ese período recorren el aparato circulatorio aprox. 1.7 x 105 veces, con un recorrido total de 200 km. En sus 4 meses de vida están constantemente sujetos a estrés físico y bioquímico. Los glóbulos rojos sufren reiterados ciclos de deformación reversible en su paso por los capilares, flujo turbulento y altas tasas de corte en las grandes arterias, y un medio hipertónico en la médula renal. Los reiterados ciclos de oxigenación en los capilares pulmonares y desoxigenación en los capilares sistémicos suponen un estrés químico. La unión del O2 a la hemoglobina se realiza mediante un enlace coordinado en el cual el O2 y el Fe2+ del grupo hemo comparten transitoriamente un electrón. El electrón debe permanecer con el Fe2+ al desoxigenarse la hemoglobina. No obstante, a veces es retenido por el O2, lo que origina un anión superóxido y deja el hierro oxidado (Fe3+), lo cual transforma a la hemoglobina en metahemoglobina. Cada día aprox. 1 % de la hemoglobina (en fumadores hasta 3 %) forma metahemoglobina. Esta última puede formar derivados llamados hemicromos, que generan especies reactivas del oxígeno y causan daño a la membrana y a macromoléculas. El estrés mecánico es bien tolerado debido a la deformabilidad de la membrana eritrocítica y a un esqueleto de membrana flexible pero resiliente (ver REOLOGÍA DE LA SANGRE). El estrés químico es contrarrestado por un conjunto de enzimas antioxidantes: catalasa, superóxido dismutasa, NADH-metahemoglobina reductasa, glutatión peroxidasa y glutatión reductasa. A pesar de las citadas defensas, los eritrocitos terminan sufriendo las consecuencias de las agresiones citadas, y deben ser removidos de la circulación. Debe notarse que normalmente los glóbulos rojos envejecidos no se fragmentan, sino que son activamente fagocitados por el sistema retículo-endotelial (ver SISTEMA INMUNE). Los eritrocitos viejos tienen menor volumen que los jóvenes. Contienen menos agua y hemoglobina, se reduce su dotación de enzimas antioxidantes y su metabolismo energético (exclusivamente glucolítico). Su superficie de membrana se reduce en hasta 20 %. Todo esto los torna frágiles pero no explica su remoción de la sangre, ya que, como se dijo, los eritrocitos viejos normales no se fragmentan en la circulación, sino que son fagocitados íntegros. Los glóbulos rojos envejecidos son fagocitados por macrófagos de la médula ósea, del hígado y, sobre todo, del bazo. En este órgano, los eritrocitos que llegan a la pulpa roja deben atravesar la pared de los senos venosos deslizándose entre células endoteliales, para lo cual deben deformarse (Fig. 4). Los macrófagos de la pulpa roja fagocitan los glóbulos rojos más viejos y rígidos. No obstante, la fagocitosis de los eritrocitos viejos no resulta de un simple problema mecánico, sino que es un fenómeno inmune, mediado por interacciones específicas con los macrófagos (ver SISTEMA INMUNE). La La sangre Dr. Fernando D. Saraví 6 especificidad es proporcionada por al menos dos mecanismos (Fig. 5). En la membrana de los glóbulos rojos viejos aumenta la concentración de la fosfatidilserina, que puede ser reconocida por receptores tipo Toll presentes en los macrófagos. Más importante parece ser la expresión de un antígeno de membranaque no está presente en los eritrocitos jóvenes. Se cree que este antígeno se debe a la degradación o polimerización de la proteína banda 3 (capnoforina) que es muy abundante en la membrana eritrocítica. El antígeno se liga a una inmunoglobulina G normalmente presente en el plasma. Se discute si esta unión activa o no al complemento, pero en todo caso la inmunoglobulina fijada a la membrana eritrocítica se une a receptores FcγR de los macrófagos, lo cual inicia la fagocitosis. METABOLISMO DEL GRUPO HEMO Se produce aprox. 50 mg de grupo hemo por día. El hemo se sintetiza a partir de glicina y succinilCoA que, en la mitocondria, forman ácido δ-aminolevulínico (ALA) por acción de la ALA sintasa (paso limitante de la síntesis de hemo). El ALA se transfiere al citosol, donde por varios pasos enzimáticos se condensa en un núcleo tetrapirrólico y forma protoporfirinógeno IX, que retorna a la mitocondria. Allí se forma protoporfirina IX, que incorpora Fe2+ por acción de una ferroquelatasa, generando el hemo. En los precursores de los eritrocitos, el hemo es luego ligado a las cadenas de globina para formar hemoglobina. Cuando los eritrocitos son fagocitados y lisados dentro de los macrófagos, la globina y el hemo se separan (Fig. 6). La porción globina sufre proteólisis y los aminoácidos resultantes se incorporan al pool plasmático. El hemo es atacado por la enzima hemo oxigenasa, que abre el anillo tetrapirrólico formando biliverdina, libera el hierro (como Fe3+) y forma monóxido de carbono como subproducto. La biliverdina (verde) se transforma en bilirrubina (anaranjada) por acción de una reductasa. La bilirrubina es liberada a la sangre, en la cual circula principalmente unida a la albúmina, en equilibrio con una pequeña fracción de bilirrubina libre. La bilirrubina es incorporada a los hepatocitos por tres mecanismos: 1) La bilitranslocasa, una proteína de 37 kDa que incorpora bilirrubina aniónica electrogénicamente; 2) un mecanismo de transporte electroneutro aún no dilucidado y 3) una proteína de transporte de aniones orgánicos (OATP-1) que intercambia bilirrubina aniónica por Cl-. En el retículo endoplásmico del hepatocito, las uridina difosfato glucuronil transferasas (UGT) de la familia 1 (hay 4 familias) conjugan la bilirrubina con una o dos moléculas de glucuronato, lo cual aumenta su solubilidad. La bilirrubina conjugada es transferida luego a la bilis mediante el transportador canalicular de aniones órgánicos multiespecífico (cMOAT), también llamado MRP2. El proceso es electrogénico y requiere ATP. En el íleon, la bilirrubina es librada del glucuronato por bacterias de la flora intestinal y reducida a urobilinógeno (incoloro), la mitad del cual se absorbe en el intestino. Parte del urobilinógeno absorbido es recaptado por el hígado y excretado en la bilis. El resto se elimina por orina, donde se oxida a urobilina, pigmento que le da a la orina su color amarillo.El urobilinógeno que permanece en el intestino es oxidado a estercobilina, que es el principal pigmento fecal. Ictericia Cerca de 80 % de la bilirrubina generada en el organismo proviene de la eritrocateresis. El resto viene 1) del metabolismo de hemoproteínas (principalmente hepáticas) como citocromo P450; 2) la destrucción en la médula ósea de eritroblastos (eritropoyesis ineficaz) y 3) la producción en el intestino a partir del hemo presente en la dieta. La concentración plasmática La sangre Dr. Fernando D. Saraví 7 de bilirrubina total no debe superar 1 mg/dL, y la de bilirrubina conjugada es de 0.4 mg/dL o menor. El exceso de producción o el déficit en la eliminación de la bilirrubina aumenta su concentración plasmática, que cuando supera 2 ó 3 mg/dL causa una coloración amarilla de la piel, las mucosas y la conjuntiva (lugar donde se observa mejor) llamada ictericia. En la ictericia por exceso de degradación del hemo (Por ej., hemólisis), predomina en plasma la bilirrubina no conjugada (“indirecta”). El recién nacido con frecuencia desarrolla una ictericia benigna, leve y transitoria de este tipo, porque por una parte tiene un mayor catabolismo del hemo y por otra su sistema de conjugación hepático es inmaduro (el feto transfiere la bilirrubina por la placenta hacia la sangre materna). Por otra parte, la bilirrubina no conjugada aumenta mucho cuando el neonato sufre hemólisis importante (eritroblastosis fetal) o tiene un defecto congénito en la conjugación (déficit de UGT). Por la falta de madurez de la barrera hematoencefálica y la liposolubilidad de la bilirrubina no conjugada, ésta se acumula en el cerebro y puede causar una encefalopatía irreversible llamada kernicterus. La ictericia causada por lesión del hepatocito u obstrucción de la vía biliar se debe a aumento plasmático de la bilirrubina conjugada (“directa”). Como la bilirrubina no llega al intestino, no se produce estercobilina y las heces se tornan claras (como arcilla). Además, la bilirrubina conjugada es más hidrosoluble y se elimina por la orina, dándole un color oscuro (como “té cargado” o Coca-Cola). Estos cambios de coloración de heces y orina se llaman, respectivamente, acolia y coluria. RECAMBIO DE HIERRO Biológicamente, el hierro es un oligoelemento indispensable. El humano adulto posee de 40 a 50 mg de hierro por kg de peso. Se distingue una fracción de hierro esencial que forma parte de proteínas fisiológicamente importantes, y otra fracción de depósito. Aproximadamente la mitad del total de hierro está en la hemoglobina. Cada mL de glóbulos rojos contiene 1.1 mg de hierro (0.5 mg/mL de sangre con un hematocrito de 45 %). De 300 a 400 mg se encuentra en otras hemoproteínas, como la mioglobina del músculo esquelético y los citocromos P450 del hígado. Entre 8 y 20 % del hierro total se encuentra en depósitos titulares (300 a 1000 mg). Se almacena normalmente como ferritina, que está compuesta por la apoferritina, una proteína de 450 kDa que forma un caparazón, en el interior del cual se encuentra el hierro como un La sangre Dr. Fernando D. Saraví 8 fosfato de óxido férrico hidratado. En condiciones anormales de exceso de hierro, el metal puede hallarse como hemosiderina (probablemente una forma degradada de ferritina). El hierro de la ferritina es fácilmente intercambiable, pero el de la hemosiderina no lo es. En el varón adulto se pierde aprox. 1 mg de hierro por día, por las secreciones digestivas (50 %), la descamación de células intestinales (30 %), la descamación de la piel y el sudor (10 %) y la eliminación urinaria (10 %). En la mujer en edad reproductiva el promedio diario de eliminación es de 1.7 mg debido al sangrado menstrual (20 mg/mes). Durante el embarazo se detiene la pérdida menstrual, pero la necesidad diaria de hierro aumenta. Cerca de 300 mg van al feto, 100 mg a la placenta y 150 mg se pierden por hemorragia durante el parto. Además la madre incrementa fisiológicamente su masa total de eritrocitos. Por todo esto, se requiere la incorporación de aprox. 800 mg extra por cada embarazo. En el niño la pérdida es menor que en el adulto, pero por el crecimiento la demanda diaria de hierro es de aprox. 1.5 mg/día. Debido a que la absorción intestinal de hierro es incompleta, el requerimiento diario en la dieta es de 10 a 20 mg (las cifras mayores son para niños y mujeres en edad reproductiva). Recambio diario de hierro El hierro circula en el plasma fundamentalmente unido a la transferrina, proteína que puede ligar uno o dos iones Fe3+. Sólo 35 % de la transferrina plasmática está unida a hierro (rango normal 20 a 50 %). Las células poseen receptores de membrana para transferrina (TfR-1) que permiten su endocitosis, con posterior liberación del Fe3+ en el citosol. Aunque en el plasma hay sólo 3 a 4 mg de hierro, esta fracción es funcionalmente importante pues es la que permite el intercambio entre lostejidos. El recambio diario corresponde a una masa aprox. 10 veces mayor (30 a 40 mg) que el total del plasma. En el adulto se destruyen diariamente 20 mL de eritrocitos que contienen 25 mg de hierro (Fig. 7). Ese hierro es reciclado por el sistema retículoendotelial (macrófagos) que fagocitan los eritrocitos viejos. La médula ósea debe recibir una cantidad similar (25 mg) para mantener constante la masa de glóbulos rojos. El recambio de hemoproteínas implica una transferencia de aprox. 5 mg de hierro por día. Absorción intestinal de hierro Una dieta mixta estándar proporciona aprox. 6 mg de hierro por cada 1000 kCal, por lo cual el varón ingiere en promedio 16 mg/día y la mujer La sangre Dr. Fernando D. Saraví 9 12 mg/día. El hierro alimentario se divide en hemo y no-hemo. El hierro unido al hemo proviene de alimentos de origen animal. Los vegetales, en particular verduras y granos, contienen hierro no-hemo. Aunque el hierro hemo es sólo 6 % del total ingerido, representa un tercio del hierro incorporado, porque se absorbe con facilidad. Ciertos compuestos presentes en los vegetales – en especial fosfatos y fitatos – forman compuestos poco solubles con el hierro y disminuyen su absorción. La absorción de hierro no hemo es mayor cuando el Fe3+ dietario se reduce a Fe2+, paso promovido por el HCl gástrico y el ácido ascórbico. El Fe3+ forma más fácilmente complejos con aniones orgánicos que el Fe2+, y es insoluble a pH > 3 (el Fe2+ es soluble hasta pH 8). El hierro se absorbe en el duodeno (los números refieren a la Fig. 8). 1. El hemo es incorporado por un transportador llamado HCP-1 (Heme Carrier Protein-1). En el enterocito duodenal, el hemo es atacado por la hemo oxigenasa, con formación de biliverdina y liberación de Fe3+, que luego es reducido. El hierro no hemo se absorbe por dos mecanismos. A) Los enterocitos del duodeno secretan una forma soluble de transferrina se liga al Fe3+ en la luz intestinal. El complejo Fe2+- transferrina es ligado por receptores para transferrina (TfR-1) de los enterocitos y endocitado (2). Los endosomas se acidifican, el Fe2+ se disocia, y el complejo transferrina-TfR-1 puede reciclarse hacia la luz. B) El Fe2+ puede también absorberse por cotransporte con H+ por un transportador de metales divalentes (DMT- 1). Para ello, el Fe3+ luminal debe ser reducido a Fe2+ por una reductasa férrica del borde en cepillo (3) llamada DcytB (citocromo B duodenal). En el citosol, parte del Fe2+ absorbido forma ferritina como depósito (4), y se pierde cuando la célula epitelial se descama. El resto se liga a la proteína movilferrina que lo traslada a la membrana basolateral (5). De allí es transferido al intersticio por el transportador ferroportina (IREG-1). La ferroportina es el único transportador conocido que media la salida de Fe2+ (no Fe3+) de las células intestinales, hepáticas y del sistema retículoendotelial (6). En la membrana basolateral hay una ferrooxidasa llamada hefaestina que transforma Fe2+ en Fe3+ (7) el cual entonces se une a la transferrina plasmática (8). Regulación de la absorción de hierro Es fundamental tener en cuenta que no existe un mecanismo fisiológico para regular la eliminación de hierro incorporado al organismo. La sangre Dr. Fernando D. Saraví 10 Por tanto, la homeostasis del hierro requiere mecanismos eficaces que regulen la absorción intestinal del metal. Hace mucho se sabe que la fracción de hierro absorbida es mayor en personas con carencia de hierro (hasta 20 % del total ingerido) que en personas sin tal carencia (10 % o menos). Existe evidencia de que la absorción intestinal de hierro está sujeto a un doble control, provisto (a) por mecanismos intrínsecos de la mucosa intestinal y (b) por una hormona hepática denominada hepcidina, que, además de la absorción intestinal, también regula la incorporación de hierro a diversas células del organismo, como los propios hepatocitos, los macrófagos y los eritroblastos. Regulación local. La regulación se efectúa mediante la cantidad de Fe2+ plasmático que incorporan las células de las criptas duodenales, donde se originan las células que reemplazan a aquéllas que se descaman continuamente en las vellosidades. Si el hierro plasmático es alto, las células de la cripta se cargan de ferritina. Esto hace que las proteínas relacionadas con el transporte transepitelial de hierro DcytB, DMT-1, hefaestina y ferroportina se regulen en menos y que el transportador de hemo HCP-1 no se inserte en el borde en cepillo, sino que permanezca en vesículas intracelulares. Además de reducir la transferencia de hierro hacia la circulación sistémica, estas células ricas en ferritina aumentan la pérdida por descamación. Lo opuesto ocurre cuando el hierro plasmático es alto. Este mecanismo requiere la integridad funcional de la proteína ligada a la membrana HFE (de High FErrum) que cuando está mutada causa hemocromatosis, enfermedad por exceso de hierro. En el enterocito existen proteínas regulatorias del hierro (Iron Regulatory Proteins) llamadas IRP1 e IRP2. Ambas actúan como sensores intracelulares de la concentración de hierro. Cuando la concentración de hierro es baja, las IRP se unen a secuencias específicas del mARN de diversos productos génicos, llamados elementos responsivos al hierro (Iron Responsive Elements) o IRE. El sistema IRP/IRE regula la traslación del mARN de proteínas claves, como TfR1, DMT1, ferroportina y el factor inducible por hipoxia 2 alfa (HIF-2α). Las IRP aumentan la traslación de DMT1 y HIF-2α, pero reducen la traslación de ferroportina. A su vez, HIF-2α aumenta la expresión de DcytB y DMT1. El resultado neto es aumentar la absorción de hierro. Por el contrario, cuando la concentración intracelular de hierro es elevada, las IRP no se unen a los IRE y disminuye la absorción de hierro. Regulación hormonal: Hepcidina. El hígado produce un péptido de 20 a 25 aminoácidos llamado hepcidina, cuya principal función se creyó originalmente antibacteriana. Actualmente la hepcidina se considera una hormona hepática con un papel central en la regulación de la homeostasis del hierro. La hepcidina se une a la ferroportina de los macrófagos, los enterocitos duodenales y el propio hígado, causando endocitosis del transportador, seguida de su degradación. Esto reduce el ingreso de hierro a la circulación. En La sangre Dr. Fernando D. Saraví 11 los enterocitos, adicionalmente la hepcidina reduce la absorción de hierro mediada por DcytB y DMT-1. En ratones, la ausencia de hepcidina causa hemocromatosis. La regulación de la secreción de hepcidina es objeto de activa investigación. Se sabe que es regulada por la concentración plasmática de hierro, pero otros factores, como la actividad eritropoyética, la hipoxia y señales inflamatorias (Fig. 9). Como las demás células del organismo, los hepatocitos poseen en su membrana TfR1. Adicionalmente, poseen un segundo tipo de receptor de transferrina, llamado TfR2, que se expresa muy poco en otros tejidos. El TfR-2, solamente liga transferrina unida a dos iones Fe3+, por lo cual la tasa de unión es mayor cuanto mayor sea la saturación de la transferrina. El TfR- 2 se asocia a HFE y el complejo resultante media una señal estimulante de la secreción de hepcidina. Cuando se absorbe hierro en el duodeno, la sangre venosa portal tiene mayor concentración de transferrina diférrica, lo cual estimula la secreción de hepcidina. Otro mecanismo sensor del hierro plasmático está constituido por proteínas morfogenéticas óseas (BMP), que pertenecen a la familia del factor de crecimiento transformante (TGF). La BMP6 actúa como un sensor del hierro acoplado a otras BMP de la membrana y a la hemojuvelina. Esta última es una proteína unida a glicofosfatidilinositol presente en la membrana (aunque también se secreta). La sobrecarga de hierro activa el complejode señalización BMP6-hemojuvelina y estimula la expresión y secreción de hepcidina. La hemojuvelina se ha identificado como un regulador importante del recambio de hierro. Las mutaciones del gen de la hemojuvelina son la principal causa de hemocromatosis juvenil (en menor medida lo son las mutaciones del gen de la propia hepcidina). La hipoxia inhibe la secreción de hepcidina y el efecto es mediado por el HIF- 2α, ya mencionado a propósito de la regulación intrínseca duodenal. La eritropoyesis activa es otro inhibidor de la secreción de hepcidina. El efecto parece mediado por señales extracelulares secretadas por los eritroblastos (GDF-15 y TWSG1), que interfieren con la vía de señalización BMP6- hemojuvelina. Esta vía intracelular también es inhibida por la testosterona. Finalmente, los estados inflamatorios crónicos estimulan la secreción de hepcidina. Este efecto es, al menos en parte, responsable por la anemia que acompaña a diversas enfermedades crónicas. Los mediadores principales de la estimulación de la secreción de hepcidina en este caso son las interleukinas 6 y 1. Anemia ferropénica Según datos de la Organización Mundial de la Salud, aproximadamente dos tercios de la población mundial padece deficiencia de hierro. En cerca de mil millones de personas, la deficiencia es suficiente para causar anemia. La carencia de hierro es, pues, una causa muy común de anemia, en particular en mujeres en edad reproductiva y en niños y ancianos desnutridos. Típicamente es una anemia hipocrómica (los eritrocitos se ven pálidos por menor contenido de hemoglobina) y microcítica (MCV < 80 fL). El metabolismo del hierro puede evaluarse mediante pruebas de laboratorio (Tabla 4). La anemia es una manifestación tardía de falta de hierro, pues la eritropoyesis se mantiene normal hasta que se agotan los depósitos. Por esta razón, el paciente con anemia ferropénica debe recibir suficiente hierro para normalizar su concentración de hemoglobina y además reponer el hierro de depósito. Tabla 1-4: Valoración del metabolismo del hierro. Variable Valor normal Ferropenia Absorción de Fe (%) 5 a 10 Aumenta Ferremia (μg/dL) 115 ± 50 Disminuye Transferrina (μg/dL) 330 ± 30 Aumenta Saturación de transferrina (%) 35 ± 15 Disminuye Ferritina plasmática (μg/dL) 100 ± 60 Disminuye Eritrocitos (afectación tardía) Normocíticos Normocromía Microcíticos Hipocromía Hemopoyesis Dr. Fernando D. Saraví La hemopoyesis es el proceso mediante el cual se producen las células de la sangre. En el adulto normal, todas las células sanguíneas provienen de la médula ósea del esqueleto axial (cráneo, vértebras, costillas, cinturas escapular y pelviana) y en las porciones proximales de las diáfisis de los fémures y húmeros.1 La hemopoyesis es un proceso que continuamente reemplaza las células sanguíneas que han cumplido su ciclo vital. En condiciones normales, diversas asas de realimentación negativa mantienen eficientemente la formación de cada tipo de célula en equilibrio con el número que se destruye en la periferia. Además, la médula ósea tiene la capacidad de aumentar selectivamente la producción de un tipo de célula en caso de aumento de la demanda. Por ejemplo, la producción de eritrocitos aumenta en caso de hemorragia o hipoxia ambiental, la producción de leucocitos frente a una infección, y la producción de plaquetas en caso de hemorragia o inflamación. La proporción de precursores de eritrocitos y leucocitos en la médula ósea (Tabla 1) guarda una relación inversa con la sobrevida media de cada progenie. La vida promedio de un eritrocito es de 120 días, mientras que los neutrófilos perduran por sólo 6 a 8 horas (casi 500 veces menos). Por esta razón, aunque la concentración de eritrocitos en la sangre es 1000 veces mayor que la de neutrófilos, en la médula la serie granulocítica es normalmente más abundante que la serie eritroide. Las plaquetas o trombocitos se forman a partir de grandes células multinucleadas llamadas megacariocitos. Las plaquetas tienen una vida en circulación de 7 a 10 días, intermedia entre la de los eritrocitos y la de los neutrófilos. No obstante, la proporción de megacariocitos es muy baja, lo cual se debe a que cada megacariocito genera varios miles de trombocitos. La población celular de la médula ósea es mantenida gracias a unos pocos miles de células troncales pluripotentes (CTP) que originan los diversos linajes (Fig. 1). Además de originar las células de la sangre, las CTP constituyen una población que se automantiene. Esto significa que al menos algunas de sus divisiones (mitosis) son asimétricas: Al dividirse, la CTP origina una célula hija que conserva la pluripotencialidad de la madre, y otra célula hija que está comprometida para la multiplicación de una o más progenies sanguíneas. En ratones cuyas células troncales han sido eliminadas por radiación ionizante, puede bastar una sola CTP para regenerar todas las líneas de células sanguíneas. Las CTP se asemejan a linfocitos pequeños y carecen de una morfología que las distinga. Pueden identificarse por la ausencia de antígenos marcadores de estirpe y la presencia del antígeno Sca1 y c-Kit (CD 117) en alta concentración, por lo cual se las llama células LSK (Lineage -, Scal1+, KitHigh). Las células madres comprometidas no pueden originar todas las poblaciones sino una o más de éstas. Estas células expresan, entre otros, el CD34 (que antes se creía propio de las CTP). Las menos diferenciadas de estas células comprometidas son unas que dan origen a los linfocitos (células madres linfoides) y otras que originan las líneas celulares precursoras de los eritrocitos, trombocitos, monocitos y polimorfonucleares, llamadas células madres mixtas o GEMM (de Granulocito, Eritrocito, Monocito y Megacariocito); Fig. 1. 1 En el embrión, las células sanguíneas surgen en el mesénquima aorto-gonadal-mesonéfrico y en el saco vitelino. Luego la hemopoyesis fetal se traslada al hígado y bazo, hasta el segundo trimestre del embarazo, cuando la médula ósea deviene el principal órgano hemopoyético. En el adulto, el hígado y el bazo conservan capacidad de albergar células hemopoyéticas en casos de mayor demanda (Ej., anemias hemolíticas) o de ocupación de la médula ósea por fibrosis o células neoplásicas. Tabla 1: Proporción de células nuclea- das en la médula ósea (valores redon- deados). Línea celular Porcentaje Serie eritroide 26 % Megacariocitos < 1 % Serie granulocítica 56 % Células linforreticulares 18 % Posgrado-00 Sello Hemopoyesis Dr. Fernando D. Saraví 2 MICROAMBIENTE HEMOPOYÉTICO Algunas CTP abandonan la médula ósea regularmente por breves períodos, de modo que unos pocos cientos de ella pueden hallarse en sangre circulante. No obstante, la hemopoyesis tiene lugar entre las trabéculas de la médula ósea, que proporcionan un microambiente adecuado para la proliferación controlada de las CTP. Dicho microambiente permite interacciones específicas entre las CTP y otras clases de células, y también un medio enriquecido en factores solubles, endocrinos, paracrinos y autocrinos, necesarios para la hemopoyesis. Normalmente, 75 % de las CTP se encuentran fuera del ciclo celular, en fase G0. La mayor parte del resto (20 %) se encuentra en G1 en un momento dado (Fig. 2). Solamente 5 % de las CTP están en mitosis (M) , síntesis de ADN (S) o fase G2. No obstante, las CTP que están ciclando no son siempre las mismas. Cada día, 8 % de las CTP ingresan al ciclo y otro tanto sale de él. Al cabo de 2 meses, 99 % de las CTP han ingresado al ciclo y se han reproducido al menos una vez. Dentro del microambiente medular, se reconocen dos entornos o nichos que regulan la actividad de las CTP, a saber: un nicho osteoblástico y un nicho perivascular. En cada nicho, el número y la función de las CTP son precisamente regulados medianteinteracciones físicas con otras células, y señales químicas estimulantes e inhibitorias (Fig. 3). En el nicho osteoblástico, las CTP tienden a permanecer Fig. 1: Origen de las células sanguíneas a partir de células troncales pluripotentes (CTP). Ver el texto. Fig. 2: Proporciones de células troncales pluripoten- ciales (CTP) en diferentes partes del ciclo celular. Hemopoyesis Dr. Fernando D. Saraví 3 en un estado de quiescencia, caracterizado por escaso metabolismo (predominantemente anaeróbico), inmovilidad y falta de actividad mitotica. El nicho osteoblástico comprende regiones del endostio, donde las CTP se fijan a los osteoblastos fusiformes que recubren las trabéculas mediante diversas moléculas presentes en la membrana del osteoblasto y de las CTP. Las CTP tienen afinidad por estas superficies 1) porque poseen en su membrana un receptor de Ca2+, y en las trabéculas en remodelación la concentración de Ca2+ puede alcanzar un valor diez veces superior al del líquido extracelular o el plasma, y 2) porque la quimokina CXCL 12, también conocida como factor derivado de células del estroma 1 (SDF-1), interactúa con un receptor de las CTP llamado CXCR4. Una vez situadas en la proximidad del endostio, las CTP establecen uniones con los osteoblastos mediadas por moléculas de adhesión como integrinas y n- cadherinas, por el receptor tirosina-kinasa Tie-2 que se liga a la angiopoyetina 1 de la membrana osteoblástica, y por otras uniones menos caracterizadas. Otros factores, como la osteopontina y la proteína morfogenética ósea 4 (BMP-4) contribuyen a mantener quiescentes las CTP. Por el contrario, las CTP alojadas en el nicho perivascular, próximo a los capilares sinusoides, muestran mayor actividad mitótica, de diferenciación y de movilización. Tal actividad está controlada por un complejo conjunto de moléculas de adhesión y de factores tróficos producidos por macrófagos, fibroblastos, células endoteliales y adipocitos, o presentes en la matriz extracelular. Además, las CTP próximas a los sinusoides pueden responder a estímulos hemopoyéticos procedentes de la circulación. Se desconocen los mecanismos que controlan el paso de las CTP de un nicho al otro. REGULACIÓN HUMORAL La hemopoyesis es regulada por un gran número de mediadores químicos llamados citokinas, cuya importancia relativa varía según la progenie considerada. Los factores de crecimiento hemopoyéticos Tabla 2: Características generales de las citokinas Glicoproteínas de masa molecular variable (6 a 70 kDa) Fundamentales en los procesos de comunicación celular. Pueden actuar sobre células madres, progenitoras, y diferenciadas. Activas en concentraciones muy bajas. Pueden estimular o inhibir la supervivencia, división, diferenciación y el estado funcional de sus células blancos. Cada citokina tiene muchas acciones diversas (pleotropas). Diversas citokinas pueden tener efecto sinérgico o antagónico sobre una célula determinada. Suelen producirse por células activadas por una señal inductora Su acción es transitoria y regulada. Se ligan a receptores de membrana acoplados a sistemas de segundo mensajero (por ejemplo, tirosina kinasas). Modifican la transcripción génica de sus células blancos. Con frecuencia poseen efectos sobre las células transformadas (cancerosas) derivadas de la estirpe normal. Fig. 3: El microambiente en el que se hallan las células troncales pluripotenciales (CTP) determina en gran medida su actividad proliferativa. Ver el texto. Hemopoyesis Dr. Fernando D. Saraví 4 son en general glicoproteínas de origen sistémico o producidas localmente, que controlan la autorenovación, la proliferación y la diferenciación de las células progenitoras en condiciones basales y frente a estímulos específicos para eritrocitos, leucocitos o plaquetas. Las propiedades de las citokinas se resumen en la Tabla 2. En la Tabla 3 se describen el origen y las acciones de las principales citokinas. Por ejemplo, el factor de células troncales (SCF, Stem Cell Factor), conocido también como factor de Steel y ligando Kit, es un factor de crecimiento para las CTP, al igual que el ligando de Flt-3, el llamado factor estimulante de colonias de granulocitos y macrófagos (GM-CSF), y las interleukinas 3 y 6. Estos factores tienen efectos sinérgicos entre sí, y además de actuar sobre las CTP también estimulan las células progenitoras comprometidas. Su presencia es necesaria durante toda la hemopoyesis. Otros mediadores químicos actúan conjuntamente con los citados para promover la diferenciación hacia determinada progenie. Tal es el caso de la eritropoyetina y la trombopoyetina. Asimismo, algunas citokinas son capaces de inhibir la hemopoyesis. Entre ellos está el MIP-1 α, que bloquea el ingreso de las CTP al ciclo celular, los interferones y el factor de necrosis tumoral (TNF α). El factor transformante del crecimiento (TGF- β), por su parte, inhibe a las células madres precoces al tiempo que estimula las progenitoras comprometidas. MANTENIMIENTO DE LAS CÉLULAS TRONCALES PLURIPOTENCIALES La capacidad de mantener una población estable de CTP depende de la expresión de factores de transcripción y de reguladores del ciclo celular. Entre los principales factores de transcripción involucrados se encuentran HoxB4, la vía Wnt, y SCL. Los reguladores del ciclo celular que participan en la autorrenovación de las CTP incluyen Notch-1, Bmi-1, p21, p27 y enzimas que actúan sobre los cromosomas. HoxB4 pertenece a la familia de genes homeobox, que consta de casi 40 miembros. Los genes homeobox tienen un papel fundamental durante la embriogénesis para el establecimiento del patrón corporal y la organogénesis. Tanto en el feto como en el adulto, la expresión de HoxB4 es intensa en las CTP, y se considera necesaria para la conservación de la población de estas células, al menos en parte por su capacidad de activar la transcripción del protooncogén c-myc. A su vez c-myc actúa sobre el ciclo celular, acortando G1 y facilitando la transición de G1 a S (c-myc activa y reprime numerosos genes). La sobreexpresión de Hox4B aumenta el número de CTP, aunque no altera la capacidad de los progenitores comprometidos de proliferar y diferenciarse en las diversas progenies. La familia de genes Wnt codifica una serie de glicoproteínas que actúan sobre receptores de membrana llamados Frizzled y otros. La unión del ligando al receptor causa una disminución en la degradación de la proteína β-catenina, que además de formar parte del citoesqueleto cumple funciones de segundo mensajero intracelular. Al no ser degradada en el citosol, la β-catenina ingresa al núcleo, donde se une a factores de células T (TCF), y activa la transcripción de varios genes, entre ellos c- myc, ciclina D1, metaloproteinasa 7 y factor 2 de transcripción de inmunoglobulinas (ITF-2). Además, aumenta la expresión de genes que participan en regular la renovación de las CTP, como el ya mencionado HoxB4 y Notch-1 (que se trata más abajo). La vía Wnt tiene un importante papel en la inducir la multiplicación de las CTP y los progenitores comprometidos en el desarrollo fetal y en la vida extrauterina. La proteína de la leucemia de células troncales (SCL) es un factor de transcripción de la familia de hélice-asa-hélice básica. Los factores de esta familia se dimerizan y se ligan al surco mayor del ADN. La SCL muestra una expresión inversamente proporcional al grado de diferenciación de las células hemopoyéticas, aunque puede continuar elevada en células más diferenciadas de las líneas eritroide, megacariocítica y basófila. La deleción del gen SCL causa muerte por ausencia completa de precursores hemopoyéticos durante el desarrollo embrionario, aunque su expresión no es imprescindible en el adulto. Hemopoyesis Dr. Fernando D. Saraví 5 Tabla 3: Factores de crecimiento hemopoyéticos (la lista no es exhaustiva). Citokina CromosomaProducida por Células blanco Efectos Ligando Kit (SCF, factor Steel) 12q22-24 Estroma, fibro- blastos, hepatocitos CTP, células madre GEMM y linfoide Factor estimulante de CTP y células madre primitivas Flt-3 ¿? Fibroblastos del estroma CTP, células madre GEMM y linfoide Factor estimulante de CTP y células madre primitivas LIF 22q14 Estroma CTP, células madre GEMM y linfoide Factor de crecimiento estimulante de CTP y células madre primitivas GM-CSF 5q31-32 Estroma Mastocitos Linfocitos T Células madre GEMM y su progenie Estimula la granulopoyesis, monocitopoyesis y eritropoyesis G-CSF 17q21-22 Estroma monocitos Progenitores de granulocitos Estimula la producción de granulocitos M-CSF 5q33.1 Estroma monocitos Precursores de monocitos Estimula la producción y función monocítica Eritropoyetina 7q22 Riñón, hígado Progenitores eritroides Factor de crecimiento para producción de eritrocitos Trombopoyetina 3q26-27 Hígado, riñón CTP, megacario- citos, BFUE Factor de crecimiento para producción de plaquetas Interleukina 1 αβ 2q12-21 Monocitos Otras células Hemopoyéticas e inmunes Estimula proliferación de linfocitos NK; inflamación Interleukina 2 4q26-27 Linfocitos T Linfocitos T y B Factor de crecimiento para linfocitos T Interleukina 3 (Multi-CSF) 5q23-31 Linfocitos T Precursores hemopoyéticos Factor de crecimiento hemopoyético Interleukina 4 5q31 Linfocitos T Mastocitos Linfocitos T y B Precursores hemopoyéticos Factor de crecimiento hemopoyético e inmune Interleukina 5 5q23-31 Linfocitos T Mastocitos Eosinófilos Factor de crecimiento y diferen- ciación de eosinófilos Interleukina 7 8q12-13 Estroma Linfocitos T y B inmaduros Factor de crecimiento para linfocitos T y B Interleukina 9 5q31.1 Linfocitos Th2 Mastocitos, precurso- res eritroides Estimula hemopoyesis y desarro- llo de linfocitos T Interleukina 10 1q31-32 Linfocitos T y B, macrófagos, keratinocitos Linfocitos T y B, Monocitos, Mastocitos Proliferación de mastocitos y linfocitos B, producción de anticuerpos. Suprime liberación de citokinas por monocitos y Th Interleukina 11 19q13.3- 13.4 Fibroblastos Estroma Megacariocitos, precursores hemopo- yéticos, linfocitos B Estimula hemopoyesis y trombopoyesis. Aumenta secreción de inmunoblobulinas Interleukina 15 4q31 Monocitos Granulocitos Fibroblastos Linfocitos T Estimula crecimiento y diferen- ciación de linfocitos T Interleukina 17 5,6,12-14, 16 Linfocitos T CD4 + Estroma monocitos Estimula granulopoyesis por aumento de secreción de G-CSF Interleukina 21 4q26-27 Diversos tipos Precursores hemo- y linfopoyéticos Aumenta hemopoyesis y producción de linfocitos Interleukina 22 12q15 Linfocitos T activados Linfocitos T y B, Monocitos, Similar a interleukina 10 pero no suprime liberación de citokinas MIP-1 α 17q11-21 Linfocitos T y B, neutrófilos, macrófagos Células progenitoras, linfocitos B, macrófagos Factor inhibidor de la hemopoyesis Hemopoyesis Dr. Fernando D. Saraví 6 Notch (muesca) es una familia de receptores glicoproteicos con un solo dominio transmembrana.2 La unión del ligando induce la proteólisis de la porción intracelular del receptor, que migra hacia el núcleo celular, donde actúa como activador de la transcripción. Tanto Notch-1 como Notch-2 se expresan en células hemopoyéticas. Notch-1 es el más estudiado y, al igual que HoxB4, activa el promotor de c-myc. Notch-1 facilita la multiplicación de CTP e inhibe la apoptosis. Además parece participar en los procesos de decisión para la diferenciación de los progenitores, en general inhibiendo la diferenciación. No obstante, también participa en la diferenciación de los linfocitos T. El gen se encuentra mutado y anormalmente activado en más de la mitad de casos de leucemia linfoblástica aguda de células T. Bmi-1 es una proteína que pertenece a la familia de genes llamada grupo Polycomb. Como otros miembros del grupo, reprime la transcripción génica mediante la formación de complejos que causan modificaciones epigenéticas, como metilación y desacetilación de las histonas asociadas al ADN. Bmi-1 es intensamente expresado en las CTP, y dicha expresión disminuye con la diferenciación. Su principal función en la hemopoyesis parece ser la de permitir la autorrenovación de CTP del adulto. Las proteínas p21 y p27 son miembros de la familia Cip/Kip de inhibidores de las kinasas dependientes de ciclinas (CKI). Las kinasas dependientes de ciclina permiten la progresión del ciclo celular. El ingreso al ciclo celular de las CTP es limitado por p21, en cuya ausencia el conjunto de CTP crece, presenta más actividad mitótica mitosis y mayor tendencia al agotamiento. En cambio, p27 tiende a incrementar el número de progenitores comprometidos pero no el número de CTP. La telomerasa es un complejo de ribonucleoproteínas que evita el acortamiento progresivo de los telómeros con las sucesivas divisiones celulares. La telomerasa es activa durante la vida intrauterina, pero es cuidadosamente reprimida en la mayoría de las líneas celulares luego del nacimiento. No obstante, en las CTP la actividad de telomerasa persiste en cierto grado, y al parecer es indispensable para la autorrenovación de la población de CTP. 2 El gen Notch se identificó en 1985 como responsable de una mutación descripta en 1917 por T.H. Morgan en la mosca Drosophila melanogaster, que causaba la aparición de muescas en sus alas. Posteriormente se identificaron 4 genes homólogos en mamíferos, numerados de 1 a 4. Fig. 4: Algunos genes cuya expresión participa en determinar los linajes hemopoyéticos. Hemopoyesis Dr. Fernando D. Saraví 7 REDES DE GENES PARTICIPANTES EN LA HEMOPOYESIS Clásicamente se ha considerado la hemopoyesis como un modelo jerárquico en el cual las divisiones sucesivas implican una serie de ramificaciones que sucesivamente restringen el potencial de las células de originar líneas diferentes, al tiempo que promueven su diferenciación por caminos unidireccionales relativamente inmutables. El consenso actual es que el proceso en su conjunto es más flexible y plástico, ya que además de su regulación por citokinas involucra la actividad de conjuntos de efectores intracelulares, como factores de transcripción y reguladores del ciclo celular. De todos modos, pueden esbozarse líneas principales de diferenciación que dependen críticamente de la expresión secuencial y concertada de determinados genes (Fig. 4). ERITROPOYESIS La eritropoyesis es el proceso de producción de eritrocitos. Las células madres comprometidas GEMM (definidas más arriba) originan unidades de precursores morfológicamente indiferenciados que son capaces de formar rápidamente – “explosivamente” – colonias eritroides (BFUE , Burst Forming Units, Erythroid). Las BFUE dan lugar a unidades formadoras de colonias eritroides (CFUE) con menor potencial proliferativo, cuya progenie se diferencia progresivamente. La primera célula de esta progenie reconocible morfológicamente es el proeritroblasto (Fig. 5). Para la producción de eritrocitos es indispensable el aporte de Fe2+, folato y vitamina B12. Los proeritroblastos se dividen mitóticamente 4 a 6 veces, originando 16 a 64 eritrocitos cada uno. En los proeritroblastos comienza la síntesis de hemoglobina. Estas células se diferencian primero en eritroblastos basófilos y luego en eritroblastos policromatófilos, progresivamente de tamaño menor y con mayor concentración de hemoglobina. A continuación el núcleo se vuelve picnótico y es expulsado, al igual que las mitocondrias y otras organelas. La célula resultante es el reticulocito, que conserva restos de ARN ribosomal y todavía sintetiza hemoglobina. El tiempo necesario desde la etapa de proeritroblasto hasta la de reticulocito es de 7 días. Los reticulocitos permanecen 1 ó 2 días enla médula ósea. Luego alcanzan la circulación y al cabo de 1 ó 2 días más pierden el retículo, con lo que se transforman en eritrocitos maduros. Los eritrocitos maduros obtienen energía mediante glicólisis anae-robia, y carecen de capacidad para sintetizar proteínas. El conjunto de la progenie roja se denomina eritrón. El eritrón comprende una fracción inmóvil, situada en la médula ósea, que incluye los proeritroblastos, Fig. 5: Diferenciación de la serie eritroide. Fig. 6: Regulación de la eritropoyesis por la eritropoyetina. Hemopoyesis Dr. Fernando D. Saraví 8 eritroblastos y reticulocitos tempranos, y una fracción circulante, constituida principalmente por eritrocitos y un pequeño porcentaje de reticulocitos. La insuficiente formación o la excesiva pérdida de eritrocitos ocasiona anemia, que puede considerarse una hipoplasia del eritrón. En individuos adaptados a la altura y en diversas condiciones patológicas (por ejemplo, enfermedad pulmonar obstructiva crónica) hay hiperplasia del eritrón, que se denomina policitemia. Sin embargo, en condiciones normales, la masa del eritrón permanece relativamente constante, aunque es mayor en el varón que en la mujer (principalmente por el efecto anabólico de la testosterona). La vida media de los eritrocitos es de 120 días. La producción normal diaria es de aproximadamente 2 . 1011 eritrocitos (20 mL), los cuales reemplazan a un número igual de eritrocitos envejecidos que son sacados de la circulación por el sistema retículoendotelial (véase Eritrocateresis). La producción de eritrocitos está regulada por un asa de realimentación negativa (Fig. 6) que involucra la hormona eritropoyetina, la cual es sintetizada y liberada principalmente por células peritubulares de la corteza renal, semejantes a fibroblastos.3 La producción de eritropoyetina en el riñón está regulada por el aporte de oxígeno a dicho órgano (mayormente transportado por los eritrocitos). Cualquier condición que reduzca dicho aporte, como disminución en la concentración de eritrocitos, baja presión de oxígeno arterial, o reducción del flujo sanguíneo renal, aumenta exponencialmente la producción de eritropoyetina. La concentración plasmática normal de eritropoyetina es de 15 U/L, pero bajo estimulación puede alcanzar valores 700 veces mayores. La eritropoyetina es una proteína de 165 aminoácidos intensamente glicosilada, particularmente por residuos de ácido siálico que le proporcionan una carga neta negativa. Su masa es de aproximadamente 30 kDa, de los cuales 40 % corresponde a las porciones glúcidas. La glicosilación aumenta notablemente la estabilidad de la eritropoyetina en la circulación, aunque reduce su afinidad por el receptor de membrana sobre el cual actúa. estimula todas las células nucleadas de la serie eritroide, a partir de la BFUE, pero en especial las CFUE (Fig. 6), que son las que poseen mayor densidad de receptores de eritropoyetina. El receptor para eritropoyetina pertenece a la superfamilia de receptores para citokinas, a la cual también pertenecen los receptores para G-CSF, GM-CSF, trombopoyetina, algunas interleukinas, la somatotropina y la prolactina. En ausencia de eritropoyetina, el receptor es un monómero inactivo. La eritropoyetina se liga a dos receptores, causando su dimerización (Fig. 7). El dímero recluta una kinasa de tirosina citosólica, JAK2, que fosforila al propio receptor. El receptor fosforilado y la JAK2 asociada a él activan tres vías vinculadas con factores de transcripción: STAT5, kinasa de fosfatidilinositol-3-kinasa (PI3K), y proteína kinasa activada por mitógenos (MAPK). El principal efecto de la eritropoyetina es prevenir la apoptosis (principal forma de muerte celular programada) en los precursores eritroides, y permitir así su proliferación. La finalización de la acción de la eritropoyetina se debe a una fosfatasa de células hemopoyéticas (SHP1) que defosforila al receptor y a la JAK2, con lo cual se interrumpen las vías de señalización intracelular. El receptor unido a eritropoyetina puede también ser internalizado y degradado. Además de eritropoyetina, la eritropoyesis normal requiere la presencia de citokinas y hormonas que actúan de manera sinérgica con ella. Entre las principales citokinas deben mencionarse SCF (ligando de c-Kit, factor Steel), el GM-CSF 3 La eritropoyetina también se produce en el hígado y probablemente en la misma médula ósea, pero tal producción es insuficiente para sostener la eritropoyesis normal. Fig. 7: Efectores intracelulares de la eritropoyetina. Hemopoyesis Dr. Fernando D. Saraví 9 y la interleukina 3 (por el contrario, la interleukina 2 tiene un efecto inhibidor). Entre las hormonas que favorecen directamente la eritropoyesis están la insulina, el factor símil insulina 1 (IGF-1) y los andrógenos (testosterona). Es necesaria además la presencia de concentraciones normales de hormonas tiroideas. El cortisol y otros glucocorticoides estimulan indirectamente la eritropoyesis porque incrementan la secreción de eritropoyetina. TROMBOCITOPOYESIS La trombocitopoyesis es el proceso de producción de plaquetas, y presenta tanto similitudes como diferencias con la eritropoyesis. La concentración normal de plaquetas en sangre es más variable que para otras células sanguíneas, ya que oscila entre 150 000 y 450 000/mm3 (mediana 300 000/mm3). Las plaquetas permanecen en circulación aproximadamente 10 días, lo que significa que la médula ósea debe producir 1,5 . 1011 trombocitos por día, cantidad que equivale a 10 % de las plaquetas circulantes. Las células GEMM origina colonias de precursores comprometidos que, al igual que para los eritrocitos, se inicia con un alto potencial proliferativo de tipo “explosivo” (BFUMk) que luego decrece a medida que progresa la diferenciación. Los progenitores más inmaduros sólo pueden distinguirse por marcadores de membrana. A diferencia de los proeritroblastos, los promegacariocitos (megacarioblastos) se diferencian por sucesivas replicaciones del ADN sin dividirse en células hijas, con lo cual el número de cromosomas presentes en el mismo núcleo se duplica en cada ciclo. Este fenómeno se llama endomitosis, y origina células con 2, 4, 8, 16, 32 y excepcionalmente 64 veces más ADN que una célula somática (llamadas 2N, 4 N, etc). Al mismo tiempo que aumenta el tamaño del núcleo, se incrementa la cantidad de citoplasma. Por su gran núcleo, estas células se conocen como megacariocitos. Los megacariocitos 8 N y mayores se diferencian, adquiriendo un gran número de gránulos azurófilos, y son los que originan las plaquetas. El proceso de maduración demora 5 días. Los megacariocitos pueden superar los 100 mm de diámetro; su volumen medio es de 7500 fL, unas 80 veces mayor que el de los eritrocitos. Cada megacariocito origina de 2 000 a 4 000 plaquetas, en proporción a su tamaño: los megacariocitos 32 N producen más plaquetas que los 16 N, y éstos más que los 8 N (Fig. 8). Los megacariocitos se disponen próximos a los capilares sinusoidales de la médula ósea, y emiten prolongaciones citoplásmicas que atraviesan el sinusoide. La membrana del megacariocito se invagina Fig. 8: Trombocitopoyesis. Hemopoyesis Dr. Fernando D. Saraví 10 y forma una red de túbulos, llamada sistema de demarcación de la membrana. Dicha red divide al citoplasma del megacariocito en pequeños volúmenes, cada uno de los cuales constituirá una plaqueta. Casi todo el citoplasma de un megacariocito forma plaquetas. Los restos del citoplasma y el núcleo son luego fagocitados por el sistema reticuloendotelial. La formación de plaquetas requiere de varias citokinas, como SCF (ligando de c-Kit, factor Steel), interleukinas 3 y 11 y GM-CSF. La hormona que estimula la producción de plaquetas se denomina trombopoyetina y actúa sinérgicamente con las citokinas mencionadas. La trombopoyetina es una glicoproteína de 332aminoácidos que guarda semejanza con la eritropoyetina y tiene una masa molecular de aproximadamente 38 kDa. Se sintetiza principalmente en el hígado, y en menor medida en el riñón. El bazo y la médula ósea pueden también producir pequeñas cantidades de la hormona. La trombopoyetina favorece la sobrevida y proliferación de los precursores de los megacariocitos, ya a partir de las CTP. Además estimula la endomitosis y la maduración de los megacariocitos, la expresión de marcadores plaquetarios (CD41 y CD61) y la liberación de plaquetas a la circulación. Si bien muchas citokinas e incluso la eritopoyetina pueden estimular la trombocitopoyesis, solamente el ligando de c-Kit y la trombopoyetina son imprescindibles. La trombocitopoyesis normal requiere, al igual que la eritropoyesis, el aporte de folato y vitamina B12. Presumiblemente, la secreción de trombopoyetina está sujeta a una realimentación negativa, vinculada a la concentración de plaquetas circulantes, aunque se desconoce la señal precisa que ejerce la regulación. LEUCOPOYESIS Se llama leucopoyesis o mielopoyesis al proceso de producción de granulocitos y monocitos. La producción de linfocitos o linfopoyesis se considera por separado. Como ocurre con la eritropoyesis y la trombopoyesis, la leucopoyesis requiere SCF (ligando de c-Kit, factor Steel), GM-CSF e interleukina 3. Estas citokinas actúan sobre las CTP, sobre las células mixtas GEMM, y sobre los progenitores más diferenciados. Adicionalmente, cada línea de leucocitos es estimulada por citokinas más específicas (Fig. 9). Así, las unidades formadoras de colonias de monocitos son estimuladas por G-CSF, las unidades formadoras de colonias de neutrófilos por G-CSF, las de eosinófilos por la interleukina 5, y las de basófilos por interleukina 4. Un gen cuya expresión es importante para la diferenciación granulocítica es el del factor de transcripción EBPα. En ausencia de estímulos, el endotelio, los fibroblastos y células mesenquimales de la médula ósea producen pequeñas cantidades de las citokinas mencionadas que mantienen una leucopoyesis basal, necesaria para suplir los leucocitos que reemplacen a los que normalmente mueren en la periferia. Por ejemplo, la producción diaria de neutrófilos se estima en 1,2 . 1011. No obstante, la producción de leucocitos puede incrementarse hasta 8 veces en respuesta a mayor demanda. Las endotoxinas bacterianas actúan sobre los monocitos circulantes, que en respuesta Fig. 9: Granulocitopoyesis. Hemopoyesis Dr. Fernando D. Saraví 11 liberan interleukina 1 y TNF. Estas citokinas estimulan la producción de factores leucopoyéticos por parte del endotelio y los fibroblastos. Por su parte, los linfocitos T pueden producir también factores leucopoyéticos en respuesta a la estimulación por un antígeno específico, como asimismo por efecto de las citokinas liberadas por los monocitos (Fig. 9). De este modo, la leucopoyesis puede adaptarse rápidamente a una mayor demanda. Linfopoyesis La linfopoyesis es el proceso de generación de todas las poblaciones de linfocitos (T, B y NK). Los linfocitos son producidos a partir de precursores cuya potencialidad se restringe progresivamente hasta limitarse a una línea específica. Se admite generalmente la existencia de un precursor linfoide común que sufre un proceso de especificación hacia una línea determinada (T ó B) , mientras que su descendencia sobrelleva un compromiso de linaje específico. Todo el proceso es conducido por la expresión selectiva de determinados genes que son factores de transcripción o receptores de membrana para factores de transcripción. Estos factores actúan, según el caso, de manera sinérgica o secuencial. La especificación es el mecanismo regulador que causa la activación de los genes asociados con el linaje (y la inactivación de los genes de linajes alternativos). El compromiso, a su vez, es el desarrollo progresivo de las características funcionales del linaje especificado. El desarrollo del precursor linfoide común requiere la expresión de Ikaros y PU.1. El regulador de transcripción Notch- 1 favorece el desarrollo de linfocitos T, al tiempo que inhibe el de linfocitos B. Otros reguladores se indican en la Fig. 10. En particular, la expresión del activador y represor de transcripción Pax-5 (BSAP) es esencial para el desarrollo de los linfocitos B, al igual que Sox4 que se expresa en una etapa posterior de la diferenciación. La diferenciación y capacitación de los linfocitos se describirá a propósito de los mecanismos de inmunidad. Fig. 10: Linfopoyesis. Según Rothemberg, 2000. El sistema inmune Dr. Fernando D. Saraví El sistema inmune está formado por un conjunto de células, estructuras y órganos (llamados órganos linfoides) cuya función fundamental es defender al organismo humano contra agentes biológicos patógenos (capaces de causar enfermedades): bacterias, hongos, parásitos y virus. También protege al individuo contra células del propio cuerpo infectadas por virus o que han sufrido una transformación maligna (cáncer). Su importancia en la adaptación al ambiente se nota por las graves consecuencias de sus deficiencias. Para cumplir su cometido, las células componentes del sistema inmune deben distinguir entre células propias normales, cuya integridad debe preservarse, y células propias anormales y patógenos, que deben destruirse. La distinción es química, ya que las células normales presentan en su membrana plasmática moléculas características, diferentes de las presentes en células anormales o en la superficie de los patógenos. El sistema inmune debe atacar selectivamente los agentes patógenos y las células propias anormales, respetando la integridad de las células normales (“lo propio”) y evitando asimismo reaccionar contra agentes ajenos al organismo pero incapaces de causar enfermedad. Una respuesta inmune útil implica la integración de múltiples señales positivas y negativas que afectan las células participantes. Cuando predominan las señales positivas, la activación y la respuesta inflamatoria permite eliminar los patógenos agresores. Cuando prevalecen las señales negativas, la activación celular es suprimida y no hay inflamación (estado de tolerancia inmunológica). El equilibrio entre señales positivas y negativas es dinámico y requiere ajustes finos. En forma amplia, el sistema inmune constituye, junto con los sistemas nervioso y endocrino, un órgano de comunicación entre diferentes clases de células (no solamente las propias del sistema inmune). Esta comunicación se realiza por señales químicas solubles de diferente clase y por contactos entre célula y célula. Ambos activan cascadas de señalización intracelular que modifica la función de la célula blanco. BARRERAS MECÁNICAS Y QUÍMICAS La epidermis y los epitelios simples que tapizan los órganos huecos son primera línea de defensa contra el ingreso de agentes patógenos al organismo. En la piel, la mucosa oral y esofágica, la vagina y el intestino distal existen bacterias que forman parte de la flora microbiana normal e inhiben la proliferación de agentes patógenos. Diversas sustancias químicas presentes en estas barreras son protectoras: Lisozima y lactoferrina en muchas secreciones, espermita en el semen, Hcl gástrico, ácidos grasos en la piel. En ausencia de lesiones, el epitelio pavimentoso estratificado y queratinizado de la piel es una excelente barrera contra agentes patógenos. Los epitelios simples o pseudoestratificados que recubren la mayor parte de las vísceras huecas son más vulnerables. Este problema es en gran medida compensado por la existencia de abundantes células del sistema inmune en la mucosa de las vías respiratorias y del intestino, llamadas en conjunto tejido linfoide asociado a mucosas (MALT por la sigla en inglés, como las demás siglas empleadas aquí). Estos epitelios también secretan mucus, que constituye una barrera adicional y, en el caso de las vías respiratorias,
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