Introducción a la Fisiopatología. Lesión y Muerte Celular Prof. MD. Fernando Moya-Méndez Eguiluz

Tradicionalmente las Ciencias Médicas han concebido la transición del estado de Salud al de Enfermedad como un fenómeno continuo, progresivo y lineal. Lo mismo se ha pensado para la recuperación de la Salud, de modo que: SALUD  ENFERMEDAD  MUERTE la muerte, desenlace fatal, sería el único proceso irreversible.

La transición entre Salud y Enfermedad puede ser continua y progresiva o equivalentes a una revolución, que corresponden a un cambio brusco de fase (de lo fisiológico a lo patológico). En la mayoría de las enfermedades la evolución se realiza en semanas, meses o años (tuberculosis, SIDA, diabetes, hipertensión), habiendo patologías que requieren el curso de toda una vida (ateroesclerosis, enfermedad de Alzheimer, enfermedades congénitas, entre otras). Hay otras enfermedades en las cuales toda su evolución transcurre en milisegundos, segundos, minutos u horas.

La Patología puede dividirse en Etiología, Semiología, Patología formal (anatómica) y Patología funcional (Fisiopatología). De este modo, la Fisiopatología es la rama de la Patología que se ocupa de los trastornos de la Fisiología (condición normal), de los mecanismos que las producen y las formas en que se manifiestan como síntomas y signos. Los trastornos fisiopatológicos representan los mecanismos por los cuales los agentes causales provocan disfunción.

Fisiológica Normal Armónica Estímulo Célula Tejido Órgano Sistema Organismo Respuesta Factor Fisiopatológica Anormal Inarmónica Agente injuriante

TIPOS PROGRESIVOS DE INJURIA CELULAR Y SUS RESPUESTAS Adaptación Atrofia, hipertrofia, hiperplasia, metaplasia Injuria celular activa Respuesta inmediata de toda la célula Reversible Pérdida de ATP, hinchazón celular, liberación de ribosomas del retículo endoplásmico rugoso, autofagia por lisosomas Irreversible “Punto de no retorno” estructural con vacuolización severa de las mitocondrias y aumento del calcio intracelular Necrosis Muerte celular con hinchazón severa y destrucción de organelos Apoptosis (muerte celular programada) Autodestrucción celular con eliminación de poblaciones celulares no deseadas Injuria celular crónica (alteraciones subcelulares) La respuesta al estímulo persistente puede comprometer sólo algunos organelos (mitocondrias) o estructuras (citoesqueleto) Acumulaciones o infiltraciones Agua, pigmentos, glicógeno, lípidos, proteínas Calcificación patológica Calcificación distrófica y metastática

Agentes Físicos que producen daño celular

Cambios irreversibles CAMBIOS QUE SIGUEN A LA INJURIA CELULAR Cambios adaptativos (adaptaciones) Célula normal Injuria Cambios reversibles (degeneración) Intensidad Duración Muerte celular Cambios irreversibles (necrosis)

Distintos tipos de muerte celular Término Definición Necrosis Muerte celular patológica antemortem Autolisis Muerte celular post-mortem Apoptosis Muerte celular programada antemortem Autofagia

Cell Death and Differentiation (2005) 12, 1463–1467 Clasificación de la muerte celular: recomendaciones del Comité de Nomenclatura de Muerte Celular Apoptosis Autofagía ‘Necrosis’ y ‘oncosis’ Catástrofe mitótica Anoikis Excitotoxicidad Degeneración Walleriana Cornificación Cell Death and Differentiation (2005) 12, 1463–1467

Apoptosis La apoptosis se considera un proceso “activo” de autodestrucción celular, que ocurre tanto en procesos normales como patológicos.

Términos relevantes para describir la células muertas y muriendo Susan L. Fink and Brad T. Cookson*. Apoptosis, Pyroptosis, and Necrosis: Mechanistic Description of Dead and Dying Eukaryotic Cells. INFECTION AND IMMUNITY, Apr. 2005, p. 1907–1916 Vol. 73, No. 4

Diferentes tipos de muerte celular programada Existen diferentes tipos morfológicos de muerte celular. Se conocen por lo menos 11, de los cuales 10 se ejecutan de acuerdo a mecanismos genéticamente programados. Ej: Oncosis es una forma de necrosis, anoikis es una apoptosis gatillada por desprendimiento. How many ways to die? How many different models of cell death? Cell Death and Differentiation (2005) 12, 1457–1462.

APOPTOSIS El inicio:1972 cuando Kerr, Wyllie y Currie describieron el detalle de los cambios ultraestructurales de células “muriendo normalmente”. A pesar de la importancia de sus observaciones, pasaron más de 10 años para que otros investigadores comenzarán a confirmarlas. Actualmente miles de expertos están empeñados en descifrar ¿cómo? y ¿cuándo? las células se autodestruyen. Las aplicaciones de este conocimiento están creando una revolución científica en las ciencias biológicas.

Necrosis Apoptosis Muerte Celular: Necrosis vs. Apoptosis ¿? Muerte “no fisiológica”. Proceso “pasivo” que no requiere la síntesis de proteínas. No se produce durante el desarrollo. Alteración en la permeabilidad celular daño a múltiples organoides, cambios nucleares relativos. Se vierte el contenido celular. Inflamación. Muerte “fisiológica”. Proceso “activo” que requiere la síntesis de proteínas. Se produce durante el desarrollo. Evidentes cambios nucleares durante el proceso. No se vierte el contenido celular (Cuerpos Apoptóticos) No hay Inflamación.

EN LA CÉLULA EN EL ORGANISMO FAGOCITOSIS SIN INFLAMACIÓN LIBERACIÓN DE SEÑALES DE MUERTE CELULAR MODULACIÓN DE ACTIVADORES DE MUERTE CELULAR MODULACIÓN DE EFECTORES DE MUERTE CELULAR FRAGMENTACIÓN NUCLEAR FRAGMENTACIÓN CELULAR DEGRADACIÓN EN EL DESARROLLO EN EL CONTROL DE LA HOMEOSTASIS TISULAR EN ALGUNAS ENFERMEDADES FAGOCITOSIS SIN INFLAMACIÓN

Macrófago mostrando las características morfológi-cas de la apoptosis. “Burbujamiento” de la membrana, vacuolización citoplasmática, conden-sación y marginación de la cromatina, y organelas intactas, como la mito-condria señalada por las flechas. APOPTOSIS

Caracterización Bioquímica y Molecular de la Apoptosis A Nivel Nuclear Fragmentación del ADN (Tamaño Múltiplo de 180-200bp). A Nivel de Membrana Inversión de Fosfolípidos. Glucoproteínas inmaduras con más N Acetil Glucosamina. Citoplasma Cambios Activos (preservación). Preservación de Organoides. Células TUNEL positivas (terminal deoxynucleotidyl transferase mediated Dutp nick end labelling)

Las tres principales vías de activación de caspasas en apoptosis A: death receptor-mediated pathway; B: mitochondrial-mediated apoptotic pathway; C: endoplasmic reticulum mediated death. FasL=Fas ligand; FADD=Fas-associated death domain protein; DD=death domain; DED=deatheffector domain; Apaf-1 =apoptosis activating factor-1.

Autofagia Es un proceso programado por el cual ciertas células consumen su propio material. Este proceso ocurre cuando hay las células experimentan dificultad en obtener metabolitos desde su entorno o cuando han ingresado componentes extraños (xenofagia)

La muerte celular eventualmente conduce al proceso de disolución celular o necrosis. La necrosis es la suma de todos los cambios celulares después de la muerte celular local. Tras la muerte del organismo ocurre el proceso de auto-digestión celular, o autolisis.

EVENTOS COMUNES EN INJURIA Y MUERTE CELULAR COMENTARIOS Depleción de ATP Disminución o cese de la producción de ATP (mitocondrial, glicolítico o del ciclo de Krebs), con hinchazón celular, síntesis proteica disminuida, transporte activo disminuido, lipogénesis. Todos estos cambios contribuyen a la alteración de la membrana celular. Formación de especies reactivas derivadas del oxígeno La hipoxia es clave en la progresión de la injuria celular en la isquemia; las especies reactivas de oxígeno (O2·-, H2O2, OH·) causan destrucción de la membrana y estructura celular. Incremento del calcio intracelular y pérdida de la homeostasis del calcio La concentración citosólica de calcio es muy baja en condiciones normales. La injuria incrementa dicha concentración, con desacoplamiento de la respiración-fosforilación mitocondrial y activación de enzimas hidrolíticas. Alteraciones de la permeabilidad de la membrana Pérdida de la permeabilidad selectiva de la membrana en todos los tipos de injuria celular.

MANIFESTACIONES SISTÉMICAS DE LA INJURIA CELULAR CAUSA Fiebre Liberación de pirógenos endógenos (interleuquina-1, factor de necrosis tumoral alfa) por macrófagos; acción de pirógenos exógenos bacterianos; respuesta inflamatoria aguda. Aumento de la frecuencia cardíaca Incremento de los procesos oxidativos provocados por la fiebre. Leucocitosis (aumento de leucocitos circulantes) Incremento del número de leucocitos circulantes en forma proporcional a la severidad de la infección. Dolor Varios mecanismos, como liberación de bradiquinina, obstrucción, presión. Presencia de enzimas intracelulares en el líquido extracelular Liberación de enzimas desde células, que depende del peso molecular de éstas, de la gradiente de concentración, del metabolismo y su velocidad de excreción. Isoenzimas de lactato deshidrogenasa (LDH) Liberada de eritrocitos, hígado, riñón y músculo esquelético Isoenzimas de creatina kinasa (CK) Liberada de músculo esquelético, encéfalo y corazón Aspartato aminotrasferasa (AST/SGOT) Liberada de corazón, hígado, riñón, músculo esquelético y páncreas Alanina aminotranferasa (ALT/SGPT) Liberada de hígado, riñón y corazón Fosfatasa alcalina (ALP) Liberada de hígado y hueso Amilasa Liberada de páncreas Aldolasa Liberada de músculo esquelético y corazón

Enseñar no es una función vital, porque no tienen el fin en sí misma; la función vital es aprender. Aristoteles