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T E R C E R A E D I C I Ó N HISTOLOGÍA Y BIOLOGÍA CELULAR T E R E S A F O R T O U L Dra. Teresa I. Fortoul van der Goes Profesora de carrera Titular C Profesora de la asignatura de Biología Celular e Histología médica Departamento de Biología Celular y Tisular, Facultad de Medicina Profesora de la asignatura de Biología Celular y Tisular Ingeniería en Sistemas Biomédicos, Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) Editora de la Revista de la Facultad de Medicina, UNAM, México Médica cirujana (UNAM), Especialista en Neumología Clínica (UNAM), Maestra en Ciencias Médicas (UNAM) y en Comunicación y Tecnología Educativa (ILCE), Doctora en Ciencias (UNAM) Licenciada en Lengua y Literaturas Hispánicas, Facultad de Filosofía y Letras (UNAM) Managing director: Fernando Valenzuela Editor de desarrollo: Manuel Bernal Pérez Supervisor de producción: Juan Manjarrez de la Vega Arte y diseño: José Palacios Hernández NOTA La medicina es una ciencia en constante desarrollo. Conforme surjan nuevos conocimientos, se reque- rirán cambios de la terapéutica. El (los) autor(es) y los editores se han esforzado para que los cuadros de dosificación medicamentosa sean precisos y acordes con lo establecido en la fecha de publicación. Sin embargo, ante los posibles errores humanos y cambios en la medicina, ni los editores ni cualquier otra persona que haya participado en la preparación de la obra garantizan que la información contenida en ella sea precisa o completa, tampoco son responsables de errores u omisiones, ni de los resultados que con dicha información se obtengan. Convendría recurrir a otras fuentes de datos, por ejemplo, y de manera particular, habrá que consultar la hoja informativa que se adjunta con cada medicamento, para tener certeza de que la información de esta obra es precisa y no se han introducido cambios en la dosis recomendada o en las contraindicaciones para su administración. Esto es de particular importancia con respecto a fármacos nuevos o de uso no frecuente. También deberá consultarse a los laboratorios para recabar información sobre los valores normales. Todos los derechos reservados. Esta publicación no puede ser reproducida, ni en todo ni en parte, ni registrada en o transmitida por un sistema de recuperación de información, en ninguna forma ni por ningún medio, sea mecánico, fotocopiado, electrónico, magnético, electroóptico o cualquier otro, sin el permiso previo y por escrito de la editorial. DERECHOS RESERVADOS © 2017, 2013, 2010 respecto a la tercera edición por, McGRAW-HILL INTERAMERICANA EDITORES, S.A. de C.V. Prolongación Paseo de la Reforma 1015, Torre A, Piso 16, Col. Desarrollo Santa Fe, Delegación Álvaro Obregón C. P. 01376, Ciudad de México Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana Reg. No. 736 ISBN: 978-607-15-1408-0 SAN 11/16 1234567890 2345689017 Impreso en China Printed in China M en C Sandra Acevedo Nava Técnico Académico Asociado C Profesora de la asignatura de Biología Celular e Histología médica Coordinadora de Evaluación, Departamento de Biología Celular y Tisular Bióloga, Facultad de Ciencias, Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) y Maestra en Ciencias (UNAM) Aparato reproductor masculino MC Patricia Alonso Viveros Profesora de Carrera Titular C Médica adscrita al Servicio de Anatomía Patológica en el Hospital General de México Profesora de Anatomía Patológica, Profesora del Curso de Alta Especialidad en Citopatología, Facultad de Medicina, Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) Médica cirujana (UNAM), Especialista en Anatomía Patológica y subespecialidad en Citopatología La citología como una herramienta para el médico general Dr. Manuel Arteaga Martínez Profesor de Carrera Titular B, Departamento de Anatomía, Facultad de Medicina, Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) Sistema cardiovascular M en C Patricia Bizarro Nevares Profesora de la asignatura de Biología Celular e Histología médica Técnico Académico Titular C Departamento de Biología Celular y Tisular, Facultad de Medicina, Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) Médica Veterinaria y Zootecnista, Facultad de Medicina Veterinaria (UNAM), Maestra en Ciencias (UNAM). Aparato reproductor masculino MC Diego Cafaggi Padilla Médico cirujano Departamento de Biología Celular y Tisular, Facultad de Medicina, Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) Profesor de la asignatura de Biología Celular y Tisular Ingeniería en Sistemas Biomédicos, Facultad de Ingeniería, UNAM Tejido conjuntivo (propiamente dicho y especializado); Sistema endocrino Dr. Gumaro Cano Gutiérrez Médico Cirujano por la Universidad Popular Autónoma de Puebla (UPAEP) Maestro en Ciencias, Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) Doctor en Ciencias, UNAM Coordinador de Medicina de la Universidad del Valle de México Campus Coyoacán, Ciudad de México Aparato digestivo M en C María Concepción Cano Rodríguez Psicóloga, Universidad Autónoma Metropolitana (UAM), campus Xochimilco Maestra en Psicología, Facultad de Psicología, Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) Profesora de la licenciatura de Medicina, Universidad del Valle de México, campus Coyoacán, Ciudad de México Aparato digestivo Dr. Paul Carrillo Mora Investigador en Ciencias Médicas C, Servicio de Rehabilitación Neurológica. Instituto Nacional de Rehabilitación, SSA, México Médico Cirujano, Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) con especialidad en Neurología, UNAM Doctor en Ciencias, Facultad de Medicina, UNAM Profesor de asignatura, Departamento de Integración de Ciencias Médicas de la Facultad de Medicina, UNAM Tejido nervioso; Hematopoyesis Dr. Andrés E. Castell Rodríguez Profesor de Carrera Titular B Profesor de la asignatura de Biología Celular e Histología médica Departamento de Biología Celular y Tisular, Facultad de Medicina, Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) Médico cirujano, Maestro en Ciencias Morfológicas y Doctor en Ciencias, UNAM Tejido y órganos linfoides; Piel y anexos Biol. Silvana Cervantes Yépez Alumna de la Maestría en Biología Experimental, Facultad de Medicina, Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) Ojo y sus anexos Dra. Laura Colín Barenque Profesora de carrera titular A Laboratorio de Neuromorfología, FES Iztacala, Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) Bióloga, FES Iztacala, UNAM Maestra en Ciencias y Doctora en Ciencias, UNAM Tejido nervioso Dra. Teresa I. Fortoul van der Goes Técnica histológica; La célula: su estructura y función; Tejido conjuntivo (propiamente dicho y especializado); Tejido muscular; Sistema cardiovascular; Sistema respiratorio; Sistema urinario; Ojo y sus anexos v Colaboradores Histología y biología celularvi Dra. Isabel García Peláez Jefa del Departamento de Biología Celular y Tisular Profesora de Carrera Asociada C Profesora de la asignatura de Biología Celular e Histología médica Departamento de Biología Celular y Tisular, Facultad de Medicina, Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) Bióloga, Universidad Autónoma de Madrid, Doctora, Universidad Autónoma de Madrid. Sistema cardiovascular; Sistema endocrino; Ojo y sus anexos Raquel Guerrero Alquicira Histotecnóloga Departamento de Biología Celular y Tisular, Facultad de Medicina, Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) Técnica histológica Dra. Adriana González Villalva Técnico Académico Asociado A Profesora de la asignatura de Biología Celular e Histología médica Coordinadora de Enseñanza, Departamento de Biología Celular y Tisular, Facultad de Medicina, Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) Médica cirujana y Maestra en Ciencias, UNAM Doctora en Ciencias, Facultad de Medicina, UNAM Tejido conjuntivo (propiamente dicho y especializado); Sangre; Hematopoyesis MPSS Edgar Gordillo Hernández Médico Pasante en Servicio Social en Investigación Departamento de Biología Celular y Tisular,Facultad de Medicina, Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) Sistema cardiovascular M en C. Miguel A. Herrera Enríquez Profesor de Carrera Asociado C Profesor de la asignatura de Biología Celular e Histología médica Departamento de Biología Celular y Tisular, Facultad de Medicina, Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) Biólogo, Facultad de Ciencias, UNAM Maestro en Ciencias y candidato a Doctor, UNAM Tejido y órganos linfoides; Piel y anexos; Aparato reproductor masculino M en C. Rubén Jiménez Martínez Profesor de la asignatura de Biología Celular e Histología médica, Facultad de Medicina, Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) Oído (órgano vestíbulo coclear) M. Leticia Llamas Ceras Médica Patóloga Servicio de Anatomía Patológica, Hospital General de México La citología como una herramienta para el médico general M en C. Nelly López Valdez Estudiante del Doctorado en Ciencias, Facultad de Medicina, Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) Profesora de la asignatura de Biología Celular e Histología médica Departamento de Biología Celular y Tisular Bióloga, Facultad de Ciencias, UNAM Tejido muscular; Sistema respiratorio; Aparato reproductor femenino Gabriela Guadalupe Martínez Barragán Estudiante de Medicina del tercer año de la licenciatura de medicina. Universidad del Valle de México (UVM), campus Coyoacán, Ciudad de México Aparato digestivo Biol. Nayeli Aglaé Meléndez García Alumna de la Maestría en Biología Experimental Facultad de Medicina, Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) Aparato reproductor femenino Cinthia Jocxamani Morales Velela Estudiante de Medicina del tercer año de la licenciatura de Medicina. Universidad del Valle de México (UVM), campus Coyoacán, Ciudad de México Aparato digestivo Dra. María Argelia Akemi Nakagoshi Cepeda Maestría en Educación Odontológica, Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL) Doctorado en Investigación por la Universidad de Granada, España Profesora de Histología, Facultad de Odontología, UANL Aparato digestivo Dr. Sergio Eduardo Nakagoshi Cepeda Maestría en Educación Odontológica, Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL) Doctorado en Investigación por la Universidad de Granada, España Profesor de Histología, Facultad de Odontología, UANL Subdirector de Estudios de Posgrado, Facultad de Odontología, UANL Aparato digestivo Dra. Lizeth Edith Quintanilla Rodríguez Candidata a Doctora en Bioética Maestría en Ciencias con Especialidad en Ortodoncia, Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL) Profesora de tiempo completo Departamento de Histología y de Ortodoncia, Facultad de Odontología, UANL Aparato digestivo viiColaboradores Dra. Vianey Rodríguez Lara Profesora de Carrera Asociada C Profesora de la asignatura de Biología Celular e Histología médica Departamento de Biología Celular y Tisular, Facultad de Medicina, Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) Bióloga, Facultad de Ciencias, Maestra y Doctora en Ciencias, UNAM La célula: su estructura y función; Tejido conjuntivo (propiamente dicho y especializado); Tejido muscular Dra. Marcela Rojas Lemus Profesora de la asignatura de Biología Celular e Histología médica, Facultad de Medicina, Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) Profesora de la asignatura de Histología y Prácticas, Universidad La Salle, Facultad Mexicana de Medicina Técnica histológica; Tejido conjuntivo (propiamente dicho y especializado); Tejido muscular; Sistema urinario; Oído (órgano vestíbulo coclear) M en C. Liliana Salazar Monsalve Profesora asociada Área Histología, Departamento de Morfología Universidad del Valle, Cali, Colombia Maestra en Morfología Especialista en Docencia Universitaria Epitelios Dra. Rosa Isela Sánchez Nájera Maestría en Educación Odontológica, Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL) Maestría en Odontología Avanzada, UANL Doctorado en Investigación por la Universidad de Granada, España Profesora de Histología y Análisis de Casos Clínicos, Facultad de Odontología (UANL) Directora de la Facultad de Odontología (UNAL) Aparato digestivo Dr. Juan Manuel Solís Soto Doctorado en Ciencias Jefe del departamento de Fisiología Profesor de Histología y Fisiología, Facultad de Odontología, Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL) Aparato digestivo Dr. José Adolfo Uribe Quintana Especialista en Cirugía Oral y Maxilofacial, residencia en el Centro Médico de Salubridad de Toluca Estado de México, avalado por UAEM Profesor de Histología, de Cirugía Oral y Medicina Interna Jefe del departamento de Histología, Facultad de Odontología, Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL) Profesor y subcoordinador del posgrado de Cirugía Oral y Maxilofacial, UANL Aparato digestivo Dra. Martha Ustarroz Cano Profesora de la asignatura de Biología Celular e Histología Médica Técnico Académico Titular C Coordinadora de Investigación Departamento de Biología Celular y Tisular, Facultad de Medicina, Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) Bióloga, Facultad de Ciencias, Maestra en Ciencias y Doctora en Ciencias, UNAM Tejido y órganos linfoides; Ojo y sus anexos Fernanda Zamudio Cano Estudiante de Medicina del tercer año de la licenciatura de Medicina. Universidad del Valle de México (UVM), campus Coyoacán, Ciudad de México Aparato digestivo Biol. Armando Zepeda Rodríguez Técnico Académico Titular B Departamento de Biología Celular y Tisular Facultad de Medicina, Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) Biólogo, Facultad de Ciencias, UNAM Aplicaciones de la microscopía en la histología y la biología celular Prólogo a la tercera edición ..........................................xi Prefacio a la primera edición ..................................... xii Prólogo a la primera edición ..................................... xiii Capítulo 1. Aplicaciones de la microscopía en la histología y la biología celular .................................1 Armando Zepeda Rodríguez Capítulo 2. Técnica histológica ............................... 11 Raquel Guerrero Alquicira Marcela Rojas Lemus Teresa I. Fortoul van der Goes Capítulo 3. La citología como una herramienta para el médico general ........................... 19 Patricia Alonso Viveros M. Leticia Llamas Ceras Capítulo 4. La célula: su estructura y función ....... 41 Vianey Rodríguez Lara Teresa I. Fortoul van der Goes Capítulo 5. Epitelios ................................................. 71 Liliana Salazar Monsalve Capítulo 6. Tejido conjuntivo (propiamente dicho y especializado) .................................................. 97 Vianey Rodríguez Lara Adriana E. González Villalva Diego Caffagi Padilla Teresa I. Fortoul van der Goes Marcela Rojas Lemus Capítulo 7. Tejido muscular ..................................125 Nelly López Valdez Marcela Rojas Lemus Vianey Rodríguez Lara Teresa I. Fortoul van der Goes Capítulo 8. Tejido nervioso ...................................135 Laura Colín Barenque Paul Carrillo Mora Capítulo 9. Sangre ..................................................157 Adriana E. González Villalva Capítulo 10. Hematopoyesis .................................165 Adriana E. González Villalva Paul Carrillo Mora Capítulo 11. Tejido y órganos linfoides................173 Andrés E. Castell Rodríguez Miguel Herrera Enríquez Martha Ustarroz Cano Capítulo 12. Sistema cardiovascular ....................191 Isabel García Peláez Manuel Arteaga Martínez Edgar Gordillo Hernández Teresa I. Fortoul van der Goes Capítulo 13. Sistema respiratorio .........................203 Teresa I. Fortoul van der Goes Nelly López Valdez Capítulo 14. Piel y anexos ......................................215 Andrés E. Castell Rodríguez Miguel Herrera Enríquez Capítulo 15. Aparato digestivo .............................231 María Argelia Akemi Nakagoshi Cepeda Rosa Isela Sánchez Nájera Sergio Eduardo Nakagoshi Cepeda Juan Manuel Solís Soto Lizeth Edith Quintanilla Rodríguez José Adolfo Uribe Quintana Gumaro Cano GutiérrezGabriela Guadalupe Martínez Barragán Cinthia Jocxamani Morales Velela Fernanda Zamudio Cano María Concepción Cano Rodríguez Capítulo 16. Sistema urinario ...............................265 Marcela Rojas Lemus Teresa I. Fortoul van der Goes Capítulo 17. Aparato reproductor femenino ......................................................................273 Nelly López Valdez Nayeli Aglaé Meléndez García Capítulo 18. Aparato reproductor masculino.....................................................................287 Patricia Bizarro Nevares Sandra Acevedo Nava Miguel Herrera Enríquez Capítulo 19. Sistema endocrino ............................303 Isabel García Peláez Diego Cafaggi Padilla ix Contenido Histología y biología celularx Capítulo 20. Oído (órgano vestíbulo coclear)......317 Marcela Rojas Lemus Rubén Salvador Jiménez Martínez Capítulo 21. Ojo y sus anexos ................................325 Isabel García Peláez Silvana Cervantes Yépez Martha Ustarroz Cano Teresa I. Fortoul van der Goes Índice ............................................................................ 335 Anexo. Actividades prácticas .....................................A1 La 3ª edición de Histología y biología celular incluye contenido digital seleccionado disponible en el Centro de Aprendizaje en Línea: www.mhhe.com/medicina/fortoul_hbc_3e “Una imagen habla más que mil palabras”, puede ser un buen inicio para presentar la tercera edición del libro de Histología y biología celular. Esta obra es el trabajo coor- dinado de varios profesores del Departamento de Biología Celular y Tisular de la Universidad Nacional Autónoma de México, ya con varios años en la carrera docente y de al- gunos jóvenes invitados. También participan docentes de otras universidades. Así, este libro, como en sus ediciones previas, cumple una doble función: contener los conocimientos suficientes que requiere un estudiante del primer año de la licenciatu- ra —tanto de medicina como de otras áreas de la salud— e impulsar a los futuros docentes para que inicien esta acti- vidad, escribir. La nueva edición de Histología y biología celular inclu- ye nuevas imágenes que le permiten al estudiante hacer una mejor identificación de las estructuras que va revisando en el curso, se agregaron tablas como una manera de resumir los conocimientos adquiridos en los temas revisados, algu- nos capítulos cambiaron de manera drástica, ya sea para hacerlos más accesibles y completos o para incluir activida- des prácticas de repaso. La sección de actividades prácticas sugeridas es una guía, tanto para los profesores como para los estudiantes, de las preparaciones que se recomienda revisar y lo que se espera observen en cada una. La sección de ¿Sabías que…? también se actualizó con aportes interesantes. Libros como el presente son una muestra de lo que el trabajo en equipo puede lograr. Desde la primera edición fue evidente el trabajo cuidadoso y entusiasta de los par- ticipantes, un grupo de profesores que se organiza logra productos como éste, que tiene como objetivo central al estudiante, que es el motivo de ser de escuelas y facultades. Los contenidos que integra este texto son parte de aque- llos que se revisan en las asignaturas básicas y proporciona un andamio para entender en dónde ocurren los procesos bioquímicos y, más adelante, por qué ocurren los eventos fisiológicos y los cambios fisiopatológicos. Además, la ob- servación de las preparaciones con el microscopio ayuda al estudiante a identificar patrones y detalles, actividades que realizará a lo largo de toda su carrera profesional. Recorrer cada capítulo y mirar el detalle de sus imáge- nes hace de este texto un trabajo agradable que disfrutarán tanto profesores como estudiantes al momento de preparar o de revisar los contenidos para las sesiones académicas. Dr. Germán E. Fajardo Dolci Director, Facultad de Medicina Universidad Nacional Autónoma de México xi Prólogo a la tercera edición La Facultad de Medicina de la Universidad Nacional Autó- noma de México (UNAM) recién terminó, para finales del 2009, la revisión de su Plan de Estudios. Esa autoevaluación nos llevó, como Institución, a retomar las tendencias más actuales para la enseñanza, mismas que incluyen a las com- petencias como una de sus guías. Otro punto relevante es el interés de los docentes sobre la integración de las ciencias básicas y de la clínica, lo cual es un comentario reiterado de los estudiantes en sus prime- ros años de licenciatura. A fin de atender a esta necesidad, Histología y biología celular integra ambos conocimientos, pues no sólo comenta diferentes alteraciones clínicas, sino la aplicación de los conocimientos adquiridos por el estu- diante en la Biología celular, la Histología y la Citología. Esta obra es singular en tanto que incluye con sumo detalle las aplicaciones y técnicas que se requieren para obtener una muestra adecuada que resulte útil en el estu- dio citológico, área de enorme relevancia, ya que su im- plementación —como herramienta de detección temprana en patologías como el cáncer cérvico-uterino— ha salvado muchas vidas. Los autores, en su mayoría, son profesores de la Facul- tad de Medicina o egresados de la UNAM que se distinguen por su amor a la institución y a la materia del libro que, además, ayuda al estudiante a organizar su conocimiento al ir de lo general a lo particular, a detectar “el árbol” en el bosque, ya que al observar los detalles en el apoyo práctico de la asignatura se ejercita en la identificación de patrones, actividad reiterada en la Medicina. Dra. Teresa I. Fortoul van der Goes xii Prefacio a la primera edición Una de las grandes fortalezas de la Facultad de Medicina de la UNAM está fincada en sus académicos. En el caso de las ciencias básicas, los expertos en cada una de las mate- rias se agrupan en los llamados Departamentos. En ellos, la vida colegiada, la comunión de intereses académicos y las líneas de investigación que se realizan, conjuntan intereses que retroalimentan a sus integrantes, los enriquecen y pro- pician la generación de conocimientos. Tal es el caso del Departamento de Biología celular y tisular. Este departamento tiene, como encargo docente, la impartición de la asignatura de Histología y Biología celu- lar. No es una encomienda sencilla pues trata de brindar el conocimiento de estructuras celulares observables sólo mediante estrategias y herramientas específicas para las di- ferentes células y tejidos que conforman el cuerpo humano. De la observación celular nace el conocimiento de la función, de ahí que la Histología se transforme en Biología celular y tisular. Ésta es, en consecuencia, una materia in- tegradora, pues sólo entendiendo la constitución y función de la célula es posible comprender la diferenciación de teji- dos y su función biológica de los organismos vivientes. Por ello, la Histología y la Biología celular y tisular for- man parte esencial del cuerpo de conocimientos básicos que todo médico debe tener y que es necesario en el enten- dimiento de los procesos íntimos que suceden en la célula y que son campo de estudio de la Bioquímica y la Biología molecular. Un numeroso grupo de académicos del Departamen- to, encabezados por la doctora Teresa Fortoul, se dio a la tarea de elaborar este libro. En él se procuró la integración del conocimiento básico clínico al unir los conceptos esen- ciales de la Histología y Biología celular con las otras ma- terias básicas que comprenden el Plan de Estudios y, así, se correla ciona Biología celular con la Fisiología y la Bioquí- mica; y la génesis embriológica con la diferenciación celular y su distribución anatómica. Se buscó, asimismo, contras- tar la normalidad con lo patológico y, cuando se consideró necesario, se incluyeron las manifestaciones clínicas para darle significado y aplicación al conocimiento de la materia. Para lograrlo, no se escatimaron esfuerzos. La doctora Fortoul y el cuerpo deprofesores del Departamento convi- daron a participar en esta edición a expertos del Hospital General de México y de los Institutos Nacionales de Salud; de otras Facultades de Medicina de nuestra Universidad y del país, así como a expertos de otras naciones de habla hispana. Con acierto, en un número reducido, se invitó a escri- bir o a colaborar en parte de sus capítulos a ayudantes de profesor y alumnos avanzados del posgrado. Estos últimos, sin duda, están más cerca de los potenciales lectores y, en consecuencia, su forma de abordar los problemas puede, en ocasiones, ser más comprensible para los fines que el texto persigue. A pesar de la diversidad de autores, el libro tiene una gran unidad, que se logra gracias a un objetivo común: la enseñanza de la Histología y Biología celular para estudian- tes de medicina. Para el efecto, se fue pródigo en micro- fotograf ías con excelente calidad de impresión, las más de las veces acompañadas de esquemas y figuras que hacen agradable y sencilla su interpretación. De la misma manera, cuando se consideró pedagógico hacerlo, se incluyeron cuadros sinópticos de fácil lectura y memorización. Con alguna frecuencia, y bajo el título de ¿Sabías que...?, se subrayan conceptos o se vinculan cono- cimientos. Como texto, es un libro actual, con una edición muy cuidada, de aspecto moderno y agradable a la vista. Re- presenta un gran esfuerzo académico de los autores y una satisfacción de la vocación editorial de la Facultad de Me- dicina de la UNAM. Espero que lo disfruten, como estoy seguro disfrutaron los autores al escribirlo. Dr. Enrique Graue Wiechers Director de la Facultad de Medicina Universidad Nacional Autónoma de México xiii Prólogo a la primera edición Teresa I. Fortoul van der Goes es médica cirujana, especia- lista en Neumología, Maestra y Doctora en Ciencias por la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) y, además, Maestra en Comunicación y Tecnología Edu- cativa por el Instituto Latinoamericano de Comunicación Edu cativa (ILCE) y recientemente Licenciada en Letras y Literaturas Hispánicas en la Facultad de Filosof ía y Letras de la UNAM. Aunque su intención era dedicarse a la Pato- logía —porque desde la licenciatura encontró fascinantes tanto la Histología como la Patología—, en su camino se cru- zó la opción de realizar la especialidad de Neumología en el Hospital General de México. Ahí descubrió la excelente mancuerna que existe entre las ciencias básicas y la aplica- ción de éstas con la clínica, ya que el pulmón es un órgano que requiere del estudio morfológico en varias patologías para llegar al diagnóstico acertado. Por este camino termi- nó en el Departamento de Biología Celular y Tisular (antes identificado como Departamento de Histología) en el que recibió la encomienda de impartir la asignatura del mismo nombre. Tras alcanzar la jefatura del mencionado departa- mento, retomó una idea que había escuchado en aquellos que la habían precedido: “Es importante hacer un libro del departamento”. El primer intento fue un manual, mismo que se trans- formó en manual-libro y que ahora cristaliza en esta obra, el libro de Histología del departamento. Al igual que en sus trabajos previos, Histología y biología celular cuenta con la participación de varios profesores del departamento y de otros que, aunque no lo son, comparten su condición de citohistófilos (a saber, neologismo que resume el “amor por la citología y la histología” que todos ellos tienen en común). xiv De la autora A Francisco G. Pasos Nájera, Técnico Académico Titular A, Departamento de Biología Celular y Tisular, Facultad de Medicina, UNAM, por la toma y la edición de las imágenes histológicas que ilustran la mayor parte de este texto. Al Departamento de Biología Celular y Tisular por prestar sus colecciones histológicas para ilustrar esta obra. xv Agradecimientos A mis hijas Alejandra y Teresa, siempre… xvi Dedicatoria Capítulo 1 Aplicaciones de la microscopía en la histología y la biología celular Microscopía fotónica Introducción Una gran variedad de actividades humanas son afectadas por tecnología que de alguna forma utiliza energía lumi- nosa. Los fotones forman parte de nuestras actividades cotidianas, tanto en el hogar como en la industria, en las escuelas de medicina al igual que en los laboratorios clíni- cos y de investigación; sin los fotones, gran parte de nues- tras comodidades estarían limitadas. Algunos diagnósticos y tratamientos quirúrgicos tendrían poco éxito sin un mi- croscopio que los module para amplificar la eficiencia del sentido de la vista. El ojo humano es el órgano capaz de percibir la luz del entorno, es como una cámara oscura que deja pasar la luz a un sistema de lentes que la conducen hasta la retina, cuya función es la fotorrecepción. La retina está compuesta de conos, bastones y fibras nerviosas que se comunican con el nervio óptico; su sensibilidad depende del color, de la dirección de la luz incidente y del tiempo que permanezca el estímulo luminoso. Un poco de historia de la microscopía La construcción del primer microscopio se atribuye a los hermanos Hans y Zacharias Jansen en 1590, quienes in- corporaron lentes convergentes a tubos de telescopio, con lo que obtuvieron imágenes aumentadas hasta 150 veces, aunque con grandes aberraciones. Los primeros estudios sobre la historia del microscopio fueron realizados por el filósofo Bacon (1561-1630), quien le asignó el nombre de microscopium. Bacon perteneció a la Academia del Lince a la que también pertenecieron Galileo Galilei y otros desta- cados pensadores. Según otras fuentes, el término “microscopio” fue acu- ñado por Anastasius Kircher (1602-1680) quien en su li- bro Ars Magna Lucis et Umbrae (El gran arte de la luz y la oscuridad) realiza la primera clasificación de microscopios conocidos en el siglo xvii. Sin embargo, los primeros mi- croscopios utilizados para observar el mundo microscópi- co de manera sistemática fueron fabricados por Anthony van Leeuwenhöek (1632-1723) (figura 1-1). La necesidad de mejorar sus descripciones lo llevó a perfeccionar sus microscopios y a optimizar las lentes que fabricaba, con lo cual logró magnificar sus objetos de estudio hasta 266 veces. Su precario instrumento cambió la historia de las incipientes ciencias naturales y morfológicas; con él, obser- vó gran cantidad de células y organismos microscópicos, fibras musculares teñidas con azafrán así como elementos celulares de la circulación sanguínea de diferentes anima- les y de personas, lo que le permitió confirmar la teoría de Malpighi sobre la conformación de las redes capilares. Dedicó gran parte de su tiempo a estudiar espermatozoi- des de distintas especies, así como la reproducción de aves y anfibios. Estudió también la morfología y anatomía de insectos, de algas microscópicas, anatomía e histología vegetal. Los protozoarios no escaparon a su curiosidad y sagacidad, los llamó pequeños Animalcula. Su habilidad, tenacidad, constancia y perseverancia en las observaciones lo llevaron a obtener importantes distinciones en su época, entre ellas —y quizá la más importante— fue el ser nom- brado miembro de la Royal Society of London, así como recibir el nombramiento histórico de “Padre de la Embrio- Aplicaciones de la microscopía en la histología y la biología celular CAPÍTULO 1 Armando Zepeda Rodríguez Figura 1-1. Microscopio fabricado por Anthony van Leeuwen- höek, dimensiones reales, referencia a una mano de tamaño re- gular. Histología y biología celular2 logía, Protozoología, Bacteriología” y, por supuesto, “Padre de la Microscopía”. Los descubrimientos realizados con ayuda del micros- copio comenzaron en 1665 cuando Robert Hooke acuñó el concepto de “célula”; en 1833 Brown escribió sus observa- ciones sobre el núcleo celular; en 1838 Mathias Schleiden y Theodor Schwann propusieron la “Teoría celular”; Kolliker en 1857 observó por primera vez mitocondrias; en 1879 Flemingdescribió cromosomas en mitosis y 20 años más tarde Camilo Golgi describió lo que hoy se conoce como “aparato de Golgi”. La segunda etapa más importante en la historia de la microscopía se inicia en 1872 con Ernst Abbe Jahr, quien estableció las bases de la óptica para microscopía y la teoría matemática para fabricar de manera científica lentes para los microscopios. Desarrolló la fórmula del límite de reso- lución, con la cual estableció que la resolución es depen- diente de la longitud de onda de la luz (λ). Gracias a esto se desarrollaron al menos una decena de sistemas ópticos conocidos también como “métodos de contraste”. Desde entonces la microscopía se convirtió en una herramienta fundamental para el estudio de células y tejidos. El microscopio La óptica de un microscopio está conformada por conden- sador, objetivos, oculares y una fuente luminosa. Todos es- tos elementos están soportados por un estativo, además de una platina y un portacondensador con mecanismos que permiten ajustarlos a las distancias óptimas para enfocar la preparación y el condensador, respectivamente, a la al- tura justa para lograr la mejor iluminación en el plano de la preparación. La fuente de iluminación se localiza en la base del estativo; las lámparas han evolucionado confor- me al desarrollo tecnológico de cada época; recientemente se incorporó a la iluminación el LED (light-emitting diode) diodo emisor de luz, cuya emisión puede generar luz blan- ca o bien, luz de una λ específica (figura 1-2). Condensador El condensador está ubicado en un portacondensador por abajo de la platina, se mueve con una cremallera, acercán- dolo al plano de la preparación o alejándolo, es decir, hacia arriba o hacia abajo; en el mismo portacondensador hay al menos un par de tornillos con los que es posible alinear al eje óptico. Como su nombre lo indica, el condensador tiene la función de concentrar la luz proveniente de la lámpara, tiene integrado un sistema de apertura continua (diafrag- ma) que al abrir o cerrar regula la cantidad de luz que pasa por él, generando un efecto de contraste en la preparación histológica. Este tipo de condensador también recibe el nombre de condensador de Abbe (figura 1-3). Ese elemen- to del microscopio puede tener variantes en su diseño para construir otros métodos de contraste, como se muestra en el esquema de cuatro sistemas ópticos. La calidad y proyección del cono de luz que el conden- sador envía al objetivo es fundamental en la formación de la imagen. La apertura numérica (AN) es uno de los facto- res que determinan la calidad y debe correlacionarse direc- tamente con la AN del objetivo. El condensador puede ser de AN fija si no tiene lente abatible, pero si la tiene, la AN puede modificarse al abatirla. El valor de la AN se inscribe Figura 1-2. Microscopio fotónico de campo claro. Estructura y componentes más importantes de un microscopio de campo claro: 1) estativo, 2) platina, 3) portacondensador, 4) fuente luminosa, 5) control de intensidad, 6) condensador, 7) objetivos, 8) revólver, 9) oculares y 10) fototubo. Figura 1-3. Condensador de campo claro con lente frontal aba- tible que cambia la AN y diafragma de iris para contraste. 3Capítulo 1 Aplicaciones de la microscopía en la histología y la biología celular en la cubierta metálica del condensador. El tema de la AN se aborda a detalle más adelante en este mismo capítulo. Objetivos Los fabricantes de microscopios graban en el exterior de los objetivos los datos más importantes que el usuario debe conocer para su mejor uso, como es el tipo de objetivo. Por ejemplo: planapocromático, el valor la magnificación (10X) luego una línea diagonal el valor de la AN, que es un número usualmente menor de la unidad y hasta 1.4 como máximo, en la siguiente línea se observa el valor de la dis- tancia de trabajo, usualmente 160 en milímetros o bien un símbolo de infinito (∞) que se refiere a la corrección al infi- nito; finalmente, separado por una diagonal se especifica el grosor del cubreobjetos 0.17 mm, o bien, un guión medio (–) que indica que ese objetivo podría trabajar sin cubreob- jetos sobre la preparación. Además de esta serie de datos, se reconoce un anillo de color cercano al revólver asociado a la magnificación y otro anillo de color, casi al borde del objetivo, presente sólo en aquellos para inmersión, el anillo de color negro indica que debe utilizarse con aceite como medio de inmersión, el color rojo para inmersión con glice- rina y blanco para inmersión en agua (figura 1-4). Oculares Ambos oculares reciben la imagen desde un prisma que divide al haz luminoso que proviene del objetivo. En cada ocular están grabadas las características más importantes como el tipo de ocular, el valor de la magnificación seguida por una X, la cifra de campo y la indicación de correcciones para quienes utilizan lentes personales. La cifra de campo permite conocer el diámetro del campo visual según el ob- jetivo utilizado; por ejemplo, para calcular el diámetro del campo visual utilizando un ocular con valor de 10X/20 con un objetivo de 40X, se divide el valor de la cifra de cam- po (20) entre el valor de amplificación del objetivo (40), es decir, 20/40, el resultado es 0.5 de milímetro, lo que signi- fica que el diámetro del campo visual con esa combinación es de la mitad de un milímetro; por tanto, el diámetro del campo visual en estas condiciones es de 500 micrómetros (figura 1-5). La magnificación final de la imagen formada por un microscopio se obtiene multiplicando la magnificación del objetivo por la del ocular. Por ejemplo, si se utilizó el ob- jetivo de 40X y un ocular de 10X, la magnificación total es de 400X. En algunos microscopios el fabricante incor- pora lentes intermedias entre objetivo y ocular (optovar), usualmente con factores de 1.25X, 1.6X y 2.0X de tal forma que si se considera el (1.25X) con el ejemplo anterior; 400X debe ser multiplicado por 1.25X, lo que da una magnifica- ción final de 500X. Resolución y apertura numérica La resolución de un sistema óptico está definida como la distancia mínima entre dos objetos a la cual estos objetos se pueden apreciar como individuales y es dependiente de la longitud de onda de la energía utilizada en el sistema óp- tico. La fórmula para calcular resolución fue desarrollada por Ernst Abbe Jahr y es conocida como ecuación de Abbe (figura 1-6). Figura 1-4. Revólver. Objetivo planapocromático para contras- te de fases (Ph), 100X de magnificación, 1.3 de AN, factor de tubo de 160 mm y de inmersión al aceite. Figura 1-5. Ocular Kpl de campo amplio (W), 10X de magnifica- ción, 20 unidades de cifra de campo, corregido para ser utilizado con lentes graduados personalizados. Figura 1-6. Ecuación de Abbe para calcular la resolución en función de la longitud de onda de la luz y de la apertura numérica. δ =2η sen α λ Histología y biología celular4 En donde: d es la resolución. l es la longitud de onda de la luz expresada en nanómetros (nm). h es el índice de refracción del medio óptico colocado entre la lente frontal del objetivo y el cubreobjetos de una prepa- ración histológica (aire = 1.0; agua = 1.33; aceite de inmer- sión = 1.5). a Unidad angular, es el ángulo entre el eje óptico y los rayos de luz desviados, Como la d es dependiente de la l y ésta se sitúa en el divi- dendo de la fórmula, el divisor es el producto de dos veces el índice de refracción del medio óptico situado entre la lente frontal y el cubreobjeto de una preparación histoló- gica y multiplicado por la mitad de la apertura del ángu- lo del objetivo utilizado (cuadro 1-1). En trigonometría, la función seno de un ángulo (sen a) hasta de 90° es igual a 1. El producto que aparece como numerador en la fór- mula expresa en su conjunto lo que en esencia es la NA, que es la medida del ángulo del cono de luz captada por un objetivo. Esta situación se optimiza cuando se emplean condensador y objetivo de alta apertura numérica y aceitede inmersión entre el objetivo y la laminilla. Cuadro 1-1 Poder de resolución. Ojo humano Microscopio fotónico Microscopio electrónico Poder de resolución 2 500 nm 200 nm 1 nm A fin de calcular la resolución sólo para el objetivo se em- plea la ecuación de la apertura numérica: NA = h sen a y si se sustituye en la ecuación de Abbe el divisor por NA, entonces la ecuación queda así: d = l NA Calcule la resolución para un objetivo con una NA de 0.9 y otro con 1.4 de NA, recibiendo una longitud de onda de 400 nm. Al sustituir estos valores en la última ecuación, entonces para los 400 nm divididos entre 0.9, d es igual a 444 nm y divididos entre 1.4, d es igual a 282 nm. De modo que estructuras cuya separación entre sí sea menor a 444 nm y a 282 nm, respectivamente, no pueden ser discri- minadas como independientes. Sistema óptico de campo claro Este método de contraste utiliza en esencia el diseño del microscopio antes descrito y recibe el nombre de campo claro (CC) debido a que utiliza una fuente de iluminación de luz blanca al menos de 5 000 K de temperatura de color; un filtro de compensación azul, colocándolo encima del diafragma de campo y antes del condensador. El condensa- dor de CC enfoca el haz luminoso en el plano de la prepara- ción e incluye un diafragma de contraste. Después de que el haz luminoso pasa por el condensador y por la preparación, entra al objetivo, que se encarga de formar una imagen real, aumentada e invertida del objeto, el ocular recibe la imagen formada por el objetivo y la amplifica. La distancia entre el foco posterior al objetivo y el foco anterior al ocular se llama longitud del tubo, que por lo general es de 160 milí- metros (figura 1-7). Cuando a nivel de la platina y en la trayectoria del haz luminoso de luz blanca se colocan laminillas con cortes histológicos o con marcadores por inmunohistoquímica, la estructura histológica que ha incorporado alguno o algu- nos colorantes y/o marcadores debe saltar a la vista, con- trastándose contra el fondo neutro, que debe ser bien claro. Sistemas ópticos (métodos de contraste) Además del CC, se conocen varios métodos de contraste que son alimentados por luz: el campo oscuro (CO), la luz polarizada (LP), el contraste de fases (CF), el contraste di- ferencial de interferencia (CDI) o “sistema de Nomarsky”, la fluorescencia, el microscopio de barrido láser confocal (LSCM) (cuadro 1-2). En otro grupo están los microscopios electrónicos, alimentados por partículas de carga negativa (electrones) como el microscopio electrónico de transmi- sión (TEM) y microscopio electrónico de barrido (SEM), con un potencial de resolución de orden subnanométrico y magnificaciones hasta de un millón de aumentos. Ambos grupos de microscopios son utilizados para estudiar la es- tructura y la ultraestructura de células y tejidos, aportando información morfológica en la enseñanza como en la in- vestigación en áreas morfológicas de orden microscópicas y nanoscópicas. Figura 1-7. Imagen de células epiteliales teñidas con Papanico- laou, observadas en sistema óptico de campo claro. 5Capítulo 1 Aplicaciones de la microscopía en la histología y la biología celular Cuadro 1-2 Sistemas ópticos y aplicaciones. Método de contraste Aplicación Campo claro Técnica histológica, marcadores inmunohistoquímicos Campo oscuro Células vivas en medio acuoso Luz polarizada Pelo, fibras naturales y artificiales, cristales Contraste de fases Cultivos celulares, especímenes biológicos vivos Fluorescencia Clorofila, cerumen, variedad de fluorocromos Campo oscuro (CO) El sistema óptico de CO está basado en la dispersión de la luz en sistemas coloidales y aprovecha el efecto de Tyndall. El condensador es especial en su diseño, la luz que recibe desde la fuente luminosa es bloqueada parcialmente en el centro y sólo pasa por la periferia del mismo, sus paredes son reflejantes, enfoca la luz en forma casi tangencial al sa- lir del mismo; por lo que si en la platina no se coloca la pre- paración adecuada, el campo observado será absolutamen- te oscuro, ya que la luz no alcanza a entrar en el objetivo. Cuando la preparación contiene partículas en suspensión o células vivas con cilios o flagelos en movimiento, provoca- rán dispersión de la luz cambiando su trayectoria envián- dola al objetivo. Las células brillarán contrastadas contra un fondo totalmente oscuro. La experiencia de observar este sistema óptico será comparada con observar un cielo estrellado (figura 1-8). Luz polarizada Existen cuatro tipos de polarización: absorción, reflexión, dispersión y por birrefringencia (doble refracción). El sis- tema óptico de LP utiliza como base al de CC. Cuando en forma consecutiva a lo largo de un mismo eje óptico se colocan dos polarizadores, al primero se le denomina polarizador mientras que al segundo analizador. Si los ejes de polarización están cruzados (90° entre ambos) la luz no logrará salir del analizador, según la ley de Malus (Tipler, Mosca). El polarizador se coloca entre la fuente de ilumi- nación y la base del condensador, el analizador se coloca en el eje óptico entre el objetivo y el ocular. El campo formado entre el polarizador y el analizador se conoce como campo de luz polarizada, de tal modo que el analizador bloquea las longitudes de onda orientadas conforme al polarizador, por lo que es imposible registrar algún rayo de luz por la salida del ocular. Cuando en la platina se coloca una prepa- ración con actividad óptica al campo de luz polarizada, ésta cambiará su patrón de vibración por birrefringencia. Este sistema es ideal para analizar la presencia de cristales como el almidón, oxalatos, urea o polímeros incluidos en tejidos con o sin tinción y aun en forma aislada. Estos materia- les aparecen en el campo de observación con algún patrón de formas y colores característicos, contrastados contra el resto del campo que es negro por la ausencia de luz. La óptica utilizada en este sistema debe ser destensada para evitar la inducción de birrefringencia. Los condensadores y objetivos son identificados con la leyenda “Pol” en color rojo (figura 1-8). Contraste de fases Fritz Zernike revolucionó la investigación en biología ce- lular con la innovación del sistema óptico de CF, mediante el cual fue posible observar especímenes biológicos como células en cultivo y organismos vivos sin teñir; esto le valió el Premio Nobel en Física en 1953. El sistema óptico de CF revela las diferencias entre los índices de refracción de los diferentes componentes celulares y el citoplasma, contras- tándolos y evidenciándolos por su grosor y densidad como diferencias de intensidad luminosa. Estas pequeñas dife- rencias de contraste son producidas por la naturaleza de la muestra y se intensifican por el diseño del sistema óptico. El sistema se construye a partir de un sistema óptico de CC al que se incorporan un par de anillos de fase (Ph) que tra- bajan de manera complementaria. El primero es un anillo claro por el cual pasa la luz y está inscrito en una placa que bloquea el resto de la luz desde el condensador. El segundo anillo es el inverso del primero, es oscuro y sólo él bloquea la luz que ha dejado pasar el anillo del condensador, es de- cir, que tanto el centro como la periferia del objetivo dejan pasar la luz. La combinación de este conjunto de anillos logra des- fasar algunas longitudes de onda. Tanto el objetivo como el condensador tienen una leyenda Ph seguida por un nú- mero que va de 1 a 3 (p. ej., Ph2), que al utilizar este siste- ma deberán ser superpuestos y alineados entre sí (figura 1-9). La eficiencia de este sistema óptico se alcanza con a b c d Figura 1-8. Diagrama simplificado de cuatro sistemas ópticos con atención a condensador y objetivo: a) campo claro, b) campo oscuro, c) luz polarizada y d) contraste de fases. Histología y biología celular6 luz verde monocromática; observando organismos y célu- las in vivo muy delgados y en soluciónacuosa, el núcleo y los organelos aparecen más oscuros que el citoplasma, mientras que los contornos celulares se aprecian como halos brillantes. Sistema óptico de fluorescencia El británico sir George G. Stokes acuñó el término “fluo- rescencia” después de observar el mineral fluorspar cuan- do lo iluminaba con energía ultravioleta. La microscopía de fluorescencia fue en un inicio estudiada por August Köhler y Carl Reichert, después hubo un largo periodo en que quedó casi en desuso; en fechas recientes se ha con- solidado como una técnica indispensable en la medicina y la biología celular. Muchos especímenes, como minerales, cristales, resinas, fármacos, mantequilla, clorofila, ceru- men y vitaminas muestran autofluorescencia cuando son radiados con energía ultravioleta. Entre 1930 y 1939, el aus- triaco Max Haitinger desarrolló la técnica de fluorescencia secundaria empleando fluorocromos para marcar compo- nentes celulares de bacterias y de otros microorganismos sin autofluorescencia (figura 1-10). En 1950, Albert Coons y Nathan Kaplan demostraron la localización de antígenos en tejidos tratados con un anticuerpo marcado con fluo- resceína. Dicha técnica ha resuelto interrogantes sobre la estructura y función de órganos, tejidos y células, además de ser fundamental en estudios de inmunolocalización de proteínas y macromoléculas participantes en vías de seña- lización. El fenómeno de la fluorescencia se basa en la lu- miniscencia, definida como la capacidad de un cuerpo para emitir energía ultravioleta, infrarrojo o luz visible durante el paso de un estado de excitación a su estado de reposo (estado básico). La luminiscencia tiene dos fenómenos: la fosforescencia —en la que un cuerpo emite energía conti- nua por tiempo prolongado— y la fluorescencia —capaci- dad de algunas sustancias químicas conocidas como fluo- rocromos para absorber longitudes de onda, almacenarla y liberarla después como luz visible de mayor longitud de onda—. Se conocen dos tipos del sistema óptico de fluores- cencia: el primero por transiluminación y el segundo por epifluorescencia. La fuente de iluminación es una lámpara a base de vapor de mercurio que emite un espectro en azul y en ultravioleta. Esta energía es filtrada en forma selectiva por un juego de filtros de excitación antes de llegar al espé- cimen, que luego de ser radiado emite longitudes de onda de la luz visible. Después de pasar por el objetivo y antes del ocular pasa por un juego de filtros barrera que bloquean el exceso de energía ultravioleta y sólo dejan pasar la lon- gitud de onda seccionada, revelando sólo la fluorescencia. El campo visual es un campo oscuro en el que resaltan los colores de la autofluorescencia o bien de los fluorocromos. El condensador y los objetivos utilizados en este sistema deben ser corregidos y destensados. Una de las técnicas más comunes es el DAPI (4´,6-dia- midino-2-fenilindol), fluorocromo que marca el ácido desoxirribonucleico (DNA), tiene alta afinidad por las ba- ses adenosina-timidina (A-T), regiones de pares de bases en el DNA, es excitada por ultravioleta con rangos de ab- sorción de 355 nm. Iluminación de Köhler A fin de que todos los componentes de un microscopio rindan de manera eficiente y se optimice la calidad, el eje óptico deberá estar alineado y con la cantidad y calidad de luz adecuada para iluminar uniformemente el plano de la preparación, para que resalten adecuadamente los colo- rantes de las tinciones en el tejido procesado para este fin. Realizar el procedimiento de la iluminación de Köhler brin- da beneficios como tener un campo visual uniformemente iluminado y neutro, apreciar imágenes brillantes y nítidas, además de realizar la observación de manera placentera, el método fue desarrollado por August Köhler en 1953 (figura 1-11). Después de colocar la preparación histológica en la platina y encender la lámpara de microscopio: 1. Mover el condensador con la lente frontal no abatida a media altura aproximadamente. 2. Enfocar la preparación histológica con el objetivo 10X. Figura 1-10. Esquema que representa el principio de fluores- cencia. Una sustancia fluorescente recibe energía de longitud de onda no visible, resta energía y la reemite en longitud de onda visible. UV 365 nm invisible E 565 nm visible Figura 1-9. Anillos de contraste de fases. Representación de los anillos de fase (Ph) complementarios de condensador y de ob- jetivo: a la izquierda se encuentran no alineados; a la derecha se aprecian alineados. 7Capítulo 1 Aplicaciones de la microscopía en la histología y la biología celular 3. Cerrar a dos tercios el diafragma de campo para ubicar la posición del haz luminoso. 4. Mover el condensador en posición vertical hasta ob- tener la máxima intensidad y observar el contorno geométrico del diafragma. 5. Centrar los bordes del diafragma de campo al campo visual, con los tornillos de centrado del condensador. 6. Abrir gradualmente el diafragma de campo, hasta el borde, y centrarlo nuevamente, abrirlo hasta que desa- parezca detrás del borde del campo visual. 7. Regular el contraste de la imagen con ayuda del dia- fragma del condensador. 8. Colocar el filtro azul para compensar la temperatura de color y contrastar la tinción (o tinciones) con el campo claro. Microscopio de barrido láser confocal (LSCM) La microscopía fotónica ha sido objeto de muchos cambios en las últimas dos décadas, el mejor ejemplo es la LSCM, que constituye un sistema especializado, en el que uno o varios rayos láser barren distintos planos focales de un mis- mo espécimen y forma imágenes seriadas, que son alma- cenadas a través de un software como archivo digital. Este sistema ha revolucionado la biología celular, proporciona ventajas extraordinarias, debido a su magnífica nitidez y capacidad de información en 1.5 veces más que la micros- copía fotónica, también constituye una poderosa herra- mienta para analizar la estructura de células y tejidos vivos así como fragmentos histológicos sin que éstos sufran daño tanto por transmisión como por reflexión. La extensión de la magnificación permite hacer reconstrucciones tridimen- sionales con gran precisión y reduce de manera notable el blanqueo de la fluorescencia por exposición innecesaria y —quizá lo más importante— elimina el efecto de desenfo- que. Estas ventajas han hecho de la microscopía una disci- plina de gran popularidad gracias a su opción de generar imágenes limpias y bien definidas, incluso de especímenes vivos en tercera dimensión con amplia profundidad de campo. El rayo láser es la piedra angular en este sistema, su nombre es un acrónimo de su nombre en inglés: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (LASER); se trata de un dispositivo que crea y amplifica un fino haz de luz, intensificándolo y haciéndolo coherente (figura 1-12). Fue inventado por Arthur L. Schawlow y Charles H. Towens y su artículo fue publicado en la revista Physical Review en 1958. La estimulación de la radiación es producida por un cristal de rubí o por la presencia de gases como el argón. Este láser barre en X,Y mientras que la muestra es movida en eje Z —al final de su trayectoria el detector y su foto- multiplicador con apertura especial—, un objetivo de alta apertura numérica y un espejo dicroico. El rayo láser incide sobre la muestra por una peque- ña apertura y es enfocado sobre el plano de la imagen del objetivo, así la luz reflejada regresa al mismo punto pero reenfocada y transmitida por una apertura muy pequeña sin pérdida de señal, de manera que la luz colateral a los ejes principales dispersa es bloqueada por la apertura prin- cipal y la imagen es de gran definición. Tanto la apertura de iluminación como la de retorno tienen un foco común. Las aplicaciones del LSCM son muy diversas en la biología celular, se analizan: microtúbulos, mitocondrias, DNA, actina, retículo endoplásmico, membrana celular, marcadores inmunológicos, cultivoscelulares, biopsias, etc. Todas las ventajas que la microscopía confocal ofrece, son respaldadas por eficientes equipos de cómputo y softwa- re capaces de integrar imágenes y presentarlas en tercera Figura 1-11. Iluminación Köhler. A la izquierda se observa el campo visual con imagen de diafragma de campo descentrado, a la derecha la imagen muestra los bordes del diafragma de campo centrados concéntricamente con el campo de observación. Divisor Objeto Láser Barrido Espécimen Control en Z Z XY Apertura Fotomultiplicador XY Figura 1-12. Esquema de los principales elementos ópticos de un LSCM. Histología y biología celular8 dimensión en forma dinámica, así como almacenarlas y procesarlas con excelente velocidad y resolución. Algunas de las técnicas más utilizadas por los investigadores son: marcaje múltiple, barrido en línea, cortes aislados, recons- trucción tridimensional (3-D) y estéreo de imágenes. Las imágenes obtenidas con este sistema pueden ser editadas desde la pantalla y almacenadas o impresas. Las unidades de memoria sirven para almacenar muchas imágenes en unidades de disco extraíbles. Recientemente el sistema de deconvolución digital que capta imágenes desde un mi- croscopio convencional de fluorescencia y de manera digi- tal elimina el desenfoque. Después de la muerte de Carl Zeiss, su entrañable amigo Ernst Abbe estableció en 1889 la fundación Carl Zeiss y dos años más tarde cedió los derechos que su amigo le había heredado de las industrias Zeiss junto con los talleres de óptica y de vidrio Schott a los trabajadores, dejándolos como únicos propietarios desde 1891 y has- ta la fecha. Microscopía electrónica Desde su aparición, el microscopio electrónico ha contri- buido de manera sustancial al conocimiento de la ultraes- tructura celular y tisular, ha permitido describir la organi- zación celular y los organelos, así como su relación entre ellos, tanto en vegetales como en animales. También ha contribuido de manera significativa a encontrar respuestas a interrogantes fundamentales relacionadas con la estruc- tura celular normal y patológica. En 1924, Prince Pierre Raymond Louis-Victor de Bro- glie (1892-1987) propuso que cuando los electrones eran sometidos a campos magnéticos, éstos modificaban su tra- yectoria. En 1926, H. Busch descubrió que los electrones li- berados de un átomo pueden describir trayectorias al igual que el comportamiento ondulatorio de la luz, con la condi- ción de hacerlos viajar en un ambiente sometido al vacío; de esta manera alcanzan una longitud de onda de 0.004 nm, reduciendo en unas 100 000 veces el valor de la longitud de onda de los fotones. En 1931, Ernst Ruska y Max Knoll plasmaron todos esos conocimientos y construyeron el primer microscopio electrónico de transmisión. Con este desarrollo tecnológico se abrió la puerta a un mundo inac- cesible hasta entonces y, así, se inició una nueva era en el conocimiento. Los detalles de la naturaleza a nivel de estructuras subcelulares serían vistos y cuestionados por cientos de in- vestigadores en todo el mundo, muchos biólogos celulares hasta entonces suponían que la célula era una bolsa llena de enzimas con un protoplasma desprovisto de estructura interna. En la segunda mitad del siglo xx se innovaron y desarrollaron técnicas de preparación de muestras para ser analizadas con el instrumento recién comercializado. In- vestigadores de diferentes áreas aplicativas contribuyeron con muchas y diferentes técnicas, entre ellos se cuentan los nombres de Albert Claude, Don Fawcett, Earnes Fullam, Andrey Glauert, Hugh Huxley, Bob Horne, Charles Leblon, John Luft, George Palade, Daniel Pease y Fritjof Sjöstrand. En 1974, Palade y Claude recibieron el Premio Nobel de Medicina por sus contribuciones con microscopía electró- nica a la biología celular. En 1986, Ruska recibió el Premio Nobel de Física en reconocimiento a su importante contri- bución. Por otra parte, las ciencias que se han visto beneficia- das con las aplicaciones del microscopio electrónico son la anatomía, bioquímica, microbiología, patología, fisiología, toxicología, virología, biología estructural y la biología ce- lular, entre otras. En particular los anatomistas, los biólogos celulares y los patólogos son los investigadores más ligados al uso del microscopio electrónico. El constante perfeccio- namiento de este instrumento lo ha llevado a resolucio- nes subnanométricas, con amplificaciones hasta de un mi- llón de veces. En un inicio se desarrollaron dos tipos básicos de microscopios electrónicos: microscopio electrónico de trans misión (TEM) y el microscopio electrónico de barrido (SEM), con grandes variantes y múltiples aplicaciones en un mismo equipo. En cuanto al primer SEM, fue construi- do por Von Ardenne en Alemania, en tanto que el primero fabricado de manera comercial fue construido en 1963. Microscopio electrónico de transmisión El TEM está conformado por sistemas básicos para su fun- cionamiento. La columna electrónica es el elemento prin- cipal, en ella se aloja el cilindro de Wehnelt (CW) o cañón de electrones, lentes electromagnéticas, lentes correcto- ras de astigmatismo, aperturas y una platina, además de un sistema de enfriamiento de los lentes. En lo más alto de la columna está el CW y en su interior se localiza el filamento (por lo general de tungsteno) que es alimentado por un vol- taje de baja intensidad para calentarlo; de forma indepen- diente, el CW recibe una corriente negativa de alta tensión, lo que establece una diferencia de potencial eléctrico en- tre éste y el ánodo, los electrones son proyectados al vacío por el voltaje de aceleración desde el filamento, alcanzando unos 150 000 km/s a 80 kW. La conducta de los electrones por efecto del voltaje de aceleración y de su carga hace que este sistema funcio- ne como una lente electrostática, formándose un primer foco o crossover en las inmediaciones del ánodo. Hay tres tipos de lentes electromagnéticas y, según su función, son condensadoras, objetivas y proyectoras, además de algunas bobinas correctoras de astigmatismo. Entre la última lente condensadora y la proyectora está la platina, encargada de 9Capítulo 1 Aplicaciones de la microscopía en la histología y la biología celular dar movimiento a la rejilla en la que se coloca la muestra; otro elemento importante son las aperturas colocadas en diferentes regiones de la columna y que se encargan de op- timizar el haz de electrones y de incrementar el contraste (figura 1-13). La eficiencia del sistema de vacío determina de mane- ra importante la calidad de las imágenes. La presencia de cualquier molécula de gas en la trayectoria de los electro- nes les impediría llegar al espécimen e interaccionar con él, bloqueando la posibilidad de generar imágenes; por lo que la columna del microscopio electrónico debe estar some- tida a presión negativa por un eficiente sistema de vacío. Este sistema se activa en dos etapas: la primera es el pre- vacío y la segunda es el alto vacío. En el primer caso, una o dos bombas mecánicas evacuan grandes volúmenes de gas y sirven de apoyo permanente a las bombas de la segunda etapa, que son bombas de alta eficiencia y actúan evacuan- do gases a nivel molecular (figura 1-14). Microscopio electrónico de barrido El SEM o scanning posee dos grandes ventajas sobre otros sistemas ópticos, su gran profundidad de campo y el efecto de tercera dimensión (figura 1-15). Es ampliamente utiliza- do en el estudio de la morfología, la topograf ía, en análisis elemental y en la cristalograf ía. El microscopio de barrido cuenta con una columna electrónica más pequeña que la del TEM, el sistema de len- tes crea y modula el haz de electrones y, a diferencia del TEM, carece de lente proyectora. Otra diferencia esencial es la presencia de una cámara para el espécimen que, como su nombre lo indica, lo aloja además de los detectores. Se trata de un sistema de lentes colimadores que gobiernan la rapidezdel barrido y su desplazamiento sobre la muestra. La superficie es rastreada en forma lineal por el spot del haz desde un sitio en la esquina superior izquierda y hasta el final de esa misma línea; este ciclo se repite en la línea inmediata inferior y así de manera sucesiva hasta cubrir toda el área observada. El recorrido completo puede durar desde fracciones de segundo hasta varios segundos, lo cual significa que el haz se desplaza sobre la muestra durante Figura 1-13. Microscopio electrónico de transmisión EM10C, con aceleración de voltaje de 100 keV para cortes de material biológico embebidos en resina. Figura 1-14. Electromicrografía de corte de miocardio obser- vado en un microscopio electrónico de transmisión a 80 keV. Barra = 1 micrómetro. Figura 1-15. Microscopio electrónico de barrido DSM-950 (scanning) con aceleración de voltaje de 30 keV con detectores de electrones secundarios y de retrodispersos. Histología y biología celular10 Bozzola JE. Electron Microscopy: Principles and Techniques for Biologists. John J. Bozzola and Lonnie D. Russel. Second Edi- tion. Jones and Bartlett. Publishers. USA. p. 670; 1999. Gest H. Discovery of microorganisms. En: Robert H. Leeuwen- hoek AV. Notes Rec. R. Soc. Lond.; 58(2):187-201; 2004. Hayat, MA. Fixation for electron microscopy. Academic Press, Nueva York; 501, 1981. Malacara D. Óptica básica. 2a. ed. Fondo de Cultura Econó- mica. México. Colección: Sección de Obras de Ciencia y Tecnología, 2004. Meek GA. Practical electron microscopy for biologist. 2a. ed. Editors John Wiley & Sons. UK. 1981. National High Magnetic Field Laboratory. Molecular Expre- sionsTM WEB micro.magnet.fsu.edu. Last modified 2015, 13 de noviembre. Postek MT, Howard KS, Johnson A, Mc Michael KL. Scanning Electron Microscopy: a Student Handbook. Ed. Postek MT Jr. and Ladd Research Industries, Inc. 1980. Ruska E. 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La materia orgánica está compuesta de elementos ligeros, por lo que es muy lábil cuando se expone al haz de electrones sin el tratamiento adecuado. Cuando el haz de electrones se impacta en la prepa- ración, causa una zona de múltiples colisiones conocida como “volumen de interacción” y se disipa la energía ci- nética adquirida en su trayectoria, con lo que se producen diferentes señales potencialmente detectables. Los princi- pales son tres tipos de electrones: Auger, secundarios (SE) y retrodispersos (BSE); además de energía en forma de rayos X. Con estas señales es posible recuperar varios tipos de información en un SEM: topograf ía, textura, composición química y estructura cristalina. Los SE generan imágenes de gran definición con un juego de contraste y brillo en ter- cera dimensión (figura 1-16). Figura 1-16. Miocardio fracturado en congelación y observado en un microscopio electrónico de barrido a 15 keV con electro- nes secundarios. Barra = 2 micrómetros. Ernst Ruska y Max Knoll construyeron el primer micros- copio electrónico de transmisión en 1931 y que hasta 1986 le otorgaron a Ruska el Premio Nobel en Física por su invención; el premio fue compartido con los dos inventores del microscopio de tunelaje, Gerd Binnig y Heinrich Rohrer. Actividades prácticas: Aplicaciones de la microscopía en la histología y la biología celular Puntos clave para recordar 1. ¿Cuál es el poder de resolución de un microscopio ali- mentado con longitud de onda? 2. ¿Cómo se calcula la magnificación total de salida a ocu- lares en un microscopio fotónico? 3. ¿Cuál es la aplicación fundamental de un microscopio con sistema óptico de campo claro? 4. En microscopía electrónica se conocen dos plataformas básicas para analizar células y tejidos, ¿cuáles son? 5. ¿Cuál es el poder de resolución en microscopía electró- nica? Capítulo 2 Técnica histológica Técnica histológica El objeto de estudio de la histología son los tejidos (y las células que los componen). A fin de estudiarlos y com- prenderlos, cuenta con dos poderosas herramientas que le permiten observar la microestructura celular y tisular: la microscopía y la técnica histológica. La técnica histológica es la serie de pasos ordenados que permiten preparar al tejido para su observación a tra- vés del microscopio. El tejido se prepara para su observa- ción de acuerdo con el tipo de microscopio que será utili- zado. En el caso de la microscopía de campo claro, la técnica más común para preparar las muestras es la técnica histo- lógica ordinaria o de inclusión en parafina. En este proceso, las muestras se infiltran en parafina, con el fin de que ten- gan la consistencia adecuada para obtener los bloques con las muestras o especímenes. Una vez que se tienen los blo- ques (inclusión), éstos se cortan en un equipo que se llama micrótomo y con el que se obtienen cortes muy delgados (micrómetros de espesor) lo que permite observar las es- tructuras celulares y tisulares. Un paso más allá que ofrece la información más detallada corresponde al momento de aplicar la tinción, que da colores a la muestra y gracias a ello es posible identificar diversas estructuras mediante la observación de estas preparaciones con el microscopio de campo claro. Pasos de la técnica histológica A continuación se describen los pasos y objetivos princi- pales de la técnica histológica ordinaria o de inclusión en parafina. Obtención Estrictamente, este paso no está considerado dentro de la técnica histológica; sin embargo, cualquier muestra a pro- cesar primero debe obtenerse. En esta sección vale la pena hacer mención de algunos conceptos importantes relacio- nados con la obtención de las muestras: • Biopsia. La muestra se obtiene de un individuo vivo. • Necropsia. La muestra se obtiene de un cadáver. • Biopsia incisional. Se obtiene una sección de la le- sión. • Biopsia excisional. Es extraída la lesión completa. • Tipos de biopsias. De acuerdo con el tipo de tejido que sea necesario obtener, es el tipo de biopsia ade- cuado. Considere algunos ejemplos: � Punción y aspiración con aguja fina (PAAF). Teji- dos líquidos como la sangre se obtienen por este método. � Punción y aspiración con aguja gruesa (PAAG). La médula ósea roja, al ser un tejido más viscoso que la sangre, se obtiene con una aguja de mayor calibre. � Citología exfoliativa. Las células que se pueden desprender de los epitelios (como las de endocér- vix y exocérvix), de cavidad oral o de alguna lesión, se obtienen a partir de un raspado o cepillado. Una vez adquirida la muestra que se desea estudiar, de inmediato debe procederse al paso siguiente y que es cru- cial: la fijación. Fijación La importancia de este paso radica en que es el momento en el que se detienen los procesos vitales de las células del tejido obtenido, se evitan los procesos autolíticos y se es- tabilizan las biomoléculas de la muestra; además, provee un poco de dureza a ésta. Con la fijación se obtiene un ele- mento clave: se conservan las proteínas de la célula. Sólo si se realiza una fijación adecuada de la muestra los pacientes puedenrecibir un diagnóstico preciso y acertado, los pro- yectos de investigación para observar las diferencias entre los tratamientos serán exactos y toda la información deri- vada del examen histológico será confiable. Técnica histológica CAPÍTULO 2 Raquel Guerrero Alquicira Marcela Rojas Lemus Teresa I. Fortoul van der Goes Histología y biología celular12 La fijación de una muestra puede efectuarse median- te inmersión o perfusión. La inmersión ocurre cuando la muestra se sumerge en el fijador y éste penetra de manera paulatina de la periferia al centro de la muestra, en tanto que la perfusión se propicia cuando el fijador se inyecta al torrente sanguíneo del organismo y, por ende, se distribuye y fija a los tejidos acorde con el flujo de la circulación. En la fijación se emplean sustancias denominadas fijadores; el fi- jador más utilizado es el formol o formalina al 10 por ciento. A fin de que una muestra se fije de manera adecuada, debe ser embebida en el fijador en pequeños trozos (no ma- yores a 1 cm3); por cada centímetro cúbico de muestra, se deben colocar 10 cm3 de fijador. El tiempo ideal para que el formol penetre en los tejidos es de 24 a 48 horas. Una vez que la muestra se fija, puede continuarse con el siguiente paso. Deshidratación Una vez que la muestra está fijada, es necesario considerar que las células tienen agua en su interior, debido a que es un componente tisular abundante. Las muestras se deshi- dratan con alcohol en concentraciones crecientes. El agua abandona de manera paulatina los tejidos y, al final de este paso, el agua ha sido reemplazada con alcohol. Aclaración o difanización El alcohol debe ser reemplazado con un agente aclarante (xileno, tolueno o benceno), debido a que la parafina no es miscible en alcohol, pero sí lo es en los solventes orgánicos como los agentes aclarantes. En este paso, la muestra tam- bién adquiere cierta transparencia. Infiltración e inclusión Son dos pasos simultáneos en los que se emplea parafina líquida. La infiltración ocurre cuando la parafina penetra al interior de las células y de las estructuras tisulares; la inclu- sión alude al momento en que el tejido es embebido en la parafina, para formar un bloque. Corte o microtomía Una vez que la parafina se ha solidificado y tiene la consis- tencia adecuada, entonces el tejido está listo para cortarse. Las rebanadas de tejido que se deben obtener para que la muestra permita el paso de la luz del sistema óptico del mi- croscopio deben tener en promedio un espesor de 5-10 mi- crómetros. Los cortes se obtienen con el micrótomo, que es el instrumento que permite obtener estas rebanadas tan delgadas. Desparafinización Los cortes deben ser desparafinizados, ya que los coloran- tes no son miscibles en la parafina y sería imposible teñir- los, por lo que es preciso realizar el proceso inverso: se em- plean agentes aclarantes para que reemplacen a la parafina. Tales agentes confieren también transparencia al corte. Rehidratación Ahora en el corte los espacios están ocupados por agentes aclarantes, los cuales deben ser reemplazados por alcohol y al final con agua. En este proceso el corte se somete a la rehidratación mediante la inmersión en alcohol en concen- tración decreciente. Tinción Los cortes, al ser tan delgados y al haber pasado por el agente aclarante, son totalmente transparentes. A fin de diferenciar estructuras, se tiñen para conferirles contraste. Los cortes pueden ser coloreados con tinciones monocró- micas, bicrómicas o tricrómicas. Este apartado se ampliará más adelante. Montaje Una vez que el corte ha sido teñido, debe ser protegido para que se conserve. A cada corte se le coloca resina sintética (transparente) y un cubreobjetos. Métodos de coloración Existen diversos colorantes y diversas combinaciones de éstos que se emplean para teñir las muestras. De acuerdo con el número de colorantes empleados es factible clasifi- carlos en monocrómicos, bicrómicos o tricrómicos. A con- tinuación se listan algunos que son empleados con mayor frecuencia. Tinciones monocrómicas Azul de toluidina. Con esta tinción se observa la muestra en diferentes tonos de azul. Azul del metileno. Con esta tinción se observa la muestra en diferentes tonos de azul. Tinciones bicrómicas Hematoxilina-eosina. Es la más utilizada —por ello reci- be también el nombre de “tinción convencional”— y ayuda a identificar los componentes ácidos (basófilos) y los bási- cos (acidófilos) de las muestras. Se emplean dos colorantes (hematoxilina y eosina) por lo que también se le conoce como H-E o H y E. La tinción H-E es muy útil porque permite diferenciar entre los dos compartimentos más importantes de la célula: el núcleo y el citoplasma (figura 2-1). En el cuadro 2-1 se describen los componentes tisulares y los colores que exhi- ben con esta tinción. 13Capítulo 2 Técnica histológica Cuadro 2-1 Componentes tisulares y los colores que muestran con la tinción hematoxilina y eosina (H-E). Componente Ejemplos Colorante que captan Color que exhiben Término Ácido DNA, RNA Hematoxi- lina Azul- morado Basófilo Básico Proteínas Eosina Rosa- naranja Eosinófilo o acidófilo Tinciones tricrómicas Masson, Gallego y Gomori. En las tinciones tricrómicas se emplean tres colorantes. Las tinciones tricrómicas uti- lizadas con mayor frecuencia son: Masson, Gallego y Go- mori, las cuales ayudan a diferenciar entre tejidos básicos (epitelial, conjuntivo y muscular) (figura 2-2). El cuadro 2-2 describe las diferencias de coloración de los componentes tisulares. Figura 2-1. En A se observa un corte de la pared de la tráquea, en el que se identifican diferentes tejidos: tejido conjuntivo (▼), ade- nómeros mucosos (♦), adenómeros serosos (→) y cartílago hialino (*). En B se observa músculo liso. Ambos cortes están teñidos con hematoxilina-eosina (H-E). Fotografías cortesía de Armando Zepeda y Francisco Pasos. * * * * Figura 2-2. Se muestran cortes de lengua teñidos con tres tinciones tricrómicas: el corte A está teñido con Masson, el B con Gallego y C con Gomori. Los triángulos (▼) señalan al músculo, las flechas (→) al tejido conjuntivo (colágena) y los asteriscos (*) al epitelio. Fotografías cortesía de Armando Zepeda y Francisco Pasos. Cuadro 2-2 Tinciones tricrómicas y los colores que exhiben los componentes tisulares. Componente tisular Tinción Músculo Tejido conjuntivo (colágena) Núcleo Masson Rojo Azul rey Negro Gallego Amarillo Verde Rojo Gomori Rojo Verde brillante Negro A B A B C Histología y biología celular14 Tinciones selectivas Las tinciones selectivas sirven para hacer evidentes biomo- léculas específicas en los tejidos o en las células. Carbohidratos. Para demostrar carbohidratos (es decir, mucina o moco, glucocálix y glucógeno) se emplean tin- ciones como PAS (tinción del ácido peryódico de Schifft) (figura 2-3) o carmín de Best; con estas tinciones dichos componentes adoptan un color rojo carmín (magenta). Lípidos. Con la finalidad de demostrar lípidos es preciso emplear tinciones y métodos especiales, ya que durante la técnica histológica ordinaria esta biomolécula se disuel- ve y, por tanto, lo que se observa es su ausencia, misma que constituye evidencia de lípidos en la muestra. Con tetraóxido de osmio los lípidos adoptan un color oscuro, en tanto que con sudán rojo y rojo oleoso obtienen un color rojo. DNA. Para hacer la diferenciación entre los dos tipos de ácidos nucleicos, ya sea ácido desoxirribonucleico (DNA) o ácido ribonucleico (RNA), se emplea la tinción de Feul- gen, misma que colorea de rojo magenta específicamente al DNA (figura 2-4). Proteínas. Hay diferentes tipos de tinciones que se utilizan según se trate de fibras elásticas o reticulares. • Fibras elásticas. Las tinciones de Reyes (rosa-ma- genta), Orceína (morado intenso) y Verchöeff (café oscuro) se emplean para hacer notorio este compo- nente tisular (figura 2-5). • Fibras reticulares. La técnica de Wilder (que es una impregnaciónmetálica) sirve para demostrar las fi- bras reticulares, constituidas por colágena III (o reti- culina). Mediante esta técnica las fibras se observan en color negro (figura 2-6). Otros métodos para resaltar componentes específicos Hay, sin embargo, componentes que deben demostrarse con métodos más específicos. Inmunomarcaje. Así, por ejemplo, dentro del gran uni- verso de las proteínas, es factible encontrar un tipo en particular a través del inmunomarcaje, técnica en la que se aprovecha la especificidad antígeno-anticuerpo. Me- diante dicha técnica se identifica un antígeno específico por medio de un anticuerpo asociado con un cromóge- no (inmunohistoquímica) o con un fluorocromo (inmu- nofluorescencia). Figura 2-3. En A se muestra un corte de hígado teñido con PAS. Dentro de los hepatocitos se observan las inclusiones de glucógeno en color magenta. En B se observa un corte de la glándula sublingual teñida con mucicarmín de Mayer, en el cual es posible apreciar los adenómeros mucosos en color rosa. Figura 2-4. Corte de raíz de lirio con tinción de Feulgen, con- trastada con verde brillante. El material genético de las células se observa en color magenta. A B 15Capítulo 2 Técnica histológica Figura 2-5. Se muestran cortes de elementos vasculares con tinciones específicas para fibras elásticas (señaladas con el símbolo ▲). Tinción de orceína (A), Reyes-Mota (B) y Verchöeff (C). Figura 2-6. Corte de bazo con la técnica de Wilder para mos- trar fibras reticulares (se observan en negro). Técnicas argénticas. Las impregnaciones metálicas em- plean sales de oro que se adhieren a la superficie de las cé- lulas, en especial a las del tejido nervioso (figura 2-7). Tinciones que se utilizan en el tejido nervioso. Debi- do a su alto componente lipídico, para el tejido nervioso se emplean tinciones especiales, como las de Kluver-Barrera, Nissl o Luxol fast Blue, mismas que colorean a los lípidos sin sacrificar el resto de las características histológicas de la muestra (figura 2-7). Tinciones para microorganismos. A continuación se ci- tan las tres más importantes. • Ziehl-Neelsen. Se emplea para identificar a las bac- terias ácido alcohol resistentes, como las Mycobac- terias (figura 2-8). Figura 2-7. Impregnación metálica. A) Método de Golgi rápido en el que se observa una neurona con sus prolongaciones (foto- grafía cortesía de la doctora. Laura Colín Barenque). B) Tinción Kluver-Barrera, aquí se muestra un corte de cerebelo en el que se señala con la flecha (→) la capa molecular de la corteza (sustancia gris) y las fibras que componen a la sustancia blanca (), que con este método se tiñen de azul intenso. A B C A B Histología y biología celular16 • Brown Brenn para bacterias. Técnica que identifi- ca a las bacterias grampositivas (Gram+), que toman el color azul y las gramnegativas (Gram−) que lucen de color rosa o rojo (figura 2-8). • Grocott. Con esta tinción es posible hacer visibles a los hongos y también a Pneumocystis carinni e His- toplasma spp. Los tiñe de color negro. Correlación clínica El departamento de Patología de los hospitales procesa las muestras obtenidas de los pacientes; es muy importante que tales muestras se obtengan con el procedimiento co- rrecto, que hayan sido fijadas de manera adecuada e inme- diata (lo que constituye trabajo y responsabilidad del mé- dico que realiza el procedimiento), ya que el diagnóstico que emita el patólogo está en función de las características morfológicas que observe al analizar dicha muestra. Por supuesto, sería muy grave que el diagnóstico del paciente resultara ser erróneo debido a una mala fijación o falta de apego al procedimiento bosquejado en este capítulo. Aunque el proceso al que se somete la muestra se haga con todo cuidado, siempre existe la posibilidad de que ocurra lo que los histólogos denominan “artefactos o ar- tificios de la preparación”. A menudo sucede que lo primero que identifican los estudiantes son estos “artefactos”. La figura 2-9 mues- tra algunas imágenes para ilustrar esto e identificarlos. Tales artefactos ocurren por errores en el proceso de la técnica y es factible observar precipitados, dobleces, desgarros, etc. Durante el corte, si la cuchilla está mella- da, en el tejido habrá evidencia de ello. Las burbujas que puede formar la resina no son propiamente un artefacto, pero es común que cuando los estudiantes las encuen- tran piensen que esas son las células. Es labor del do- cente instruir de manera adecuada a sus alumnos sobre estos artefactos y aclarar las dudas que hacen surgir. Figura 2-8. A) Es posible apreciar micobacterias (rosa magenta) en el tejido pulmonar tras aplicar la tinción Ziehl-Neelsen. B) Mediante la tinción de Brown Brenn se hacen evidentes las bacterias grampositivas (Gram+) en color azul y las gramnegativas (Gram−) en color rosa. A B 17Capítulo 2 Técnica histológica Figura 2-9. Artefactos o artificios en las preparaciones histológicas. En A se observa una fractura en el tejido; en B, precipitados; en C, mella dejada por la cuchilla; en D y E, plegamientos; en F, burbujas. C D E F B A Capítulo 3 La citología como una herramienta para el médico general ¿Qué estudia la citopatología? La citopatología estudia y evalúa material celular constitui- do por células aisladas y pequeños conglomerados celula- res o “microbiopsias”. La obtención de estos especímenes es simple y reúne características peculiares que además de su sencillez hacen que este procedimiento sea de gran uti- lidad, de fácil aplicación y, en consecuencia, es una técnica accesible y de bajo costo. Por otra parte, para diagnosticar con certeza ciertas enfermedades es necesario practicar una biopsia, procedimiento que en ocasiones se dificulta, ya sea porque se necesita un equipo quirúrgico completo o porque la lesión es profunda y dif ícil de alcanzar o inac- cesible; además, en algunos casos las condiciones de gra- vedad del paciente no permiten efectuar el estudio y tomar la muestra. El método citopatológico ha minimizado las acciones complejas que constituyen la obtención de una biopsia, por medio de la biopsia de aspiración con aguja fina (BAAF). Un ejemplo es la biopsia estereotáxica en patología del en- céfalo; este procedimiento se lleva a cabo con la ubicación exacta de la lesión por medio de estudios de imagen —y de esta manera se obtiene el tejido que habrá de estudiarse— aun en sitios profundos e inaccesibles, el cual se efectúa con relativa facilidad sin lesionar el tejido cerebral sano y vecino a la lesión del problema lo cual, si ocurre, por supuesto que conlleva un alto riesgo de dejar secuelas indeseables. No obstante, por medio de la BAAF se obtienen es- pecímenes para el estudio citopatológico, además de que ofrece la ventaja de que es posible efectuarlo en cualquier sitio del organismo, característica que permite implemen- tarlo en el tratamiento de las lesiones de glándulas saliva- les, tiroides, pulmón, glándula mamaria, ganglio linfático, así como en órganos y tejidos abdominales, etc.; también proporciona una serie de ventajas, las cuales beneficiarán al paciente. Además, con este material es posible efectuar un gran número de estudios de inmunohistoquímica, para técnicas como la reacción en cadena de la polimera- sa (PCR), hibridación in situ y otros procedimientos que están al alcance del diagnóstico anatomopatológico y ci- topatológico. Otra ventaja de este método es el alto porcentaje de aceptación del paciente debido a su inocuidad; además, es un procedimiento rápido que proporciona un diagnóstico certero, con un costo económico que puede ser de uso co- tidiano en sitios con escasos recursos. Aunque también tiene algunas desventajas —como las cifras de falsos negativos—, en realidad éstas pueden ser subsanadas con facilidad. Debe señalarse que los falsos ne- gativos casi siempre se deben a fallas en la técnica de obten- ción del espécimen, ya sea por la presencia de necrosis en el casode neoplasias malignas, la existencia de excesivo tejido fibroso que acompaña a la lesión o pequeños nódulos no palpables de la glándula mamaria que fueron descubiertos por medio de estudio mastográfico. La valoración de la calidad del espécimen de forma in- mediata, in situ por el citopatólogo, en el preciso instante en que se obtiene el espécimen, con el objeto de calificar si la muestra contiene material representativo de la lesión, así como para evaluar la viabilidad celular, es una estrategia que disminuye de manera significativa los falsos negativos. Por supuesto, la capacidad técnica de quien analiza este material es crucial, por lo que dicha valoración debe quedar en las manos del experto. Mediante el estudio citológico también es factible analizar especímenes de secreciones fisiológicas como la orina, las secreciones bronquiales o el material obtenido a través del raspado de mucosas, como la del cuello ute- rino. No debe olvidarse que el estudio citológico del cuello uterino o Papanicolaou es una excelente arma de salud pú- blica, como quedó demostrado al propiciar la disminución en la mortalidad ocasionada por el carcinoma cervical en los países desarrollados, en donde el programa poblacional de detección de esta neoplasia utilizó en forma correcta el estudio citológico del cuello uterino. Su efectividad ha sido manifiesta, pues hasta la fecha ninguna otra prueba ni al- guna otra medida de salud pública ha sido tan exitosa en La citología como una herramienta para el médico general CAPÍTULO 3 Patricia Alonso Viveros M. Leticia Llamas Ceras Histología y biología celular20 disminuir la mortalidad por cáncer del cuello uterino; sin embargo, es pertinente señalar que este estudio es efectivo en prevenir sólo el cáncer cervical de tipo escamoso, sobre todo en mujeres en edad reproductiva. Debido a estas razones, en pleno siglo xxi este proce- dimiento sigue siendo utilizado en países como México, en donde el cáncer cervical aún representa un problema de sa- lud pública. Además, es necesario denotar con claridad que la certeza de la citología del cuello uterino y su papel como arma de prevención secundaria tiene algunas limitantes que deben ser conocidas, las cuales incluyen un correcto muestreo, una interpretación profesional del espécimen, seguimiento y tratamiento adecuados en las mujeres en las cuales la citología cervical fue anormal. Algunas de estas limitantes serán mostradas sobre todo en la siguiente sec- ción, en la cual se indica cómo se debe obtener la muestra del cuello uterino. Obtención de la muestra para su estudio citológico Como ya se indicó, la obtención de los especímenes varía de acuerdo con el sitio anatómico donde se ubica la lesión que será objeto de estudio y diagnóstico citopatológico. Existe un factor común que debe seguirse al pie de la letra en todos los especímenes citológicos, el cual consiste en la correcta elaboración del frotis, así como su fijación in- mediata, con el objeto de evitar la autolisis y muerte celular, lo que imposibilitaría la evaluación de este material. Las técnicas de citopreparación varían de un labora- torio a otro, por lo que este capítulo subraya las técnicas básicas y los principales procedimientos para que el es- tudiante o médico tratante realice una buena obtención y preparación del material citológico en estudio, así como lo que es más importante en el orden correcto para su efecti- va, oportuna y fácil interpretación. Se hace especial énfasis en la obtención y elaboración de los especímenes del cuello uterino. Asimismo, en otra sección se amplía la manera de elaborar especímenes citológicos de otras áreas del orga- nismo. Elaboración de los especímenes Al margen de este procedimiento cabe señalar que en ge- neral existen dos grandes métodos de preparación de las muestras citológicas, lo cual depende de su estado f ísico, ya sean especímenes constituidos totalmente por líquido o muestras semilíquidas. Elaboración directa Se emplea cuando la muestra es rica en células, es decir, presenta muy poca cantidad de líquido, por lo que el ma- terial se deposita de manera directa sobre un portaobjetos extendiéndose a lo largo del mismo, como en los siguientes ejemplos: a) Especímenes obtenidos mediante punción por aspira- ción con aguja fina de tumores muy celulares. b) Especímenes ginecológicos, sobre todo los del cuello uterino, o los raspados, cepillados e incluso improntas de especímenes quirúrgicos. Elaboración indirecta En caso de que las muestras obtenidas estén constituidas fundamentalmente por líquido, para realizar el frotis debe concentrarse la población celular mediante centrifugación, como ocurre con la orina y los líquidos procedentes de de- rrames de pleura, peritoneo, pericardio o lavados de alguna de estas cavidades, etc. El frotis se elabora por lo general con el sedimento resultante de la centrifugación y, en oca- siones, también se debe obtener un espécimen del material sobrenadante. En general, la elaboración correcta del frotis citológi- co debe llevarse a cabo en forma longitudinal a la laminilla portaobjetos, siguiendo su eje mayor, procurando que la dispersión celular sea en monocapa y que la laminilla esté identificada de manera correcta. Además, los especímenes pueden ser recibidos en el laboratorio de diversas formas: Frotis previamente fijados Lo constituyen todos aquellos especímenes que han sido elaborados y fijados justo después de la obtención de la muestra. Su fijación puede haber sido por medio de un ci- toespray o sumergidos inmediatamente en alcohol etílico de 96°. Por lo general corresponden a muestras citológicas del cuello uterino (más adelante se hace énfasis en la co- rrecta obtención, elaboración y fijación de los especímenes de este órgano). Frotis secados al aire Tales especímenes corresponden a extendidos elaborados por el clínico, no se utiliza ningún fijador, sino que justo después de su elaboración se dejan secar al aire. Este mate- rial en general corresponde a muestras hematológicas o a especímenes obtenidos por medio de aspiración con aguja fina, también se dejan secar al aire cuando se precisa eva- luar la calidad del espécimen in situ. Muestras sin elaborar Este tercer grupo incluye a especímenes en estado fresco que llegan al laboratorio (idealmente) en forma inmediata después de haber sido obtenidos. Tales especímenes pue- den estar en estado líquido o semisólido, y su elaboración requiere mayor dedicación y habilidad, como se señala en las siguientes secciones. 21Capítulo 3 La citología como una herramienta para el médico general Muestras por extensión directa Es la técnica más común, de particular utilidad para mues- tras con contenido mucoso (raspado de mucosa bronquial, esputo, aspirado bronquial, líquidos con esta constitu- ción, etcétera). Previa centrifugación Es una técnica útil para muestras seromucosas y grandes volúmenes de líquidos serosos (líquidos de quistes y mues- tras originadas por lavados). Citocentrifugación Es un procedimiento que se lleva a cabo con una centrífuga especial —citospín, utilizada cuando los especímenes son muy escasos y translúcidos, además se obtiene el espéci- men ya elaborado en la laminilla—. Se trata de una técnica de gran utilidad y rapidez para la preparación de mues- tras líquidas limitadas. A diferencia de cuando la muestra es abundante y de aspecto turbio, en la cual se utiliza una centrífuga común para el proceso de sedimentación y, oca- sionalmente, del material sobrenadante, a partir del cual se elaborarán las muestras. Filtros de membrana Constituyen una técnica de concentración en muestras lí- quidas de baja densidad celular (orina) ya que se rescatan mayor número de células que la citocentrifugación. Estos filtros son membranas porosas de plástico, con poros que van de 10 a 8 micras. Los hay de acetato de celulosa (Milli- pore) o de policarbonato (Nucleopore). Su uso por lo gene- ral se restringe a estudios de investigacióny no a la rutina diagnóstica. Otros procedimientos de elaboración de la muestra La validez de un diagnóstico efectuado en un estudio cito- lógico depende de manera primordial de su correcta obten- ción, elaboración, fijación y evaluación microscópica. En este espacio se considera de manera muy breve el método de elaboración de los especímenes citológicos uti- lizando el procesamiento en base líquida, el cual ha sido proclamado como aquel que ha de desplazar a los proce- dimientos convencionales, mismos que son inmejorables si quien los efectúa imprime calidad a todo el proceso de elaboración del espécimen. La técnica de procesamiento en base líquida tiene un elevado costo, la elaboración de los especímenes es labo- riosa y, sobre todo, no mejora de manera sustancial el des- empeño —en especial de la citología ginecológica— si se le compara con la técnica convencional —siempre y cuando esta última sea realizada en condiciones óptimas, como ocurre con la citología tradicional—. El procesamiento en base líquida fue promovido en un inicio con el objetivo de disminuir los falsos negativos, evaluación que se inició en Estados Unidos a raíz de una serie de noticias periodísticas de muertes por cáncer cérvi- co-uterino en mujeres que habían tenido el antecedente de estudios citológicos negativos. El procedimiento técnico de la citología en base líquida emergió con el objetivo de enmendar una serie de fallas a lo largo de la obtención, elaboración y fijación del espécimen, tratando de lograr una captura total de las células, fijación óptima, distribución aleatoria de las células anormales, limpieza de elementos perturbadores que impidan una vi - sualización, como exceso de células inflamatorias, sangre y microorganismos. La técnica en citología ginecológica consiste en obte- ner el espécimen a través de un cepillado del cuello uterino, depositándose la cabeza del cepillo en un contenedor o vial, el cual contiene un líquido que fija y preserva las células y que resulta útil para la búsqueda de virus y de otros ele- mentos bacterianos. Después se elabora el espécimen en aparatos que centrifugan y separan los elementos no desea- bles, para obtener una muestra teóricamente excelente en una pequeña superficie de la laminilla. A raíz del surgimiento de esta tecnología aparecieron —y siguen presentándose— numerosas publicaciones que avalan la bondad del método. Sin embargo, la tecnología utilizada en este procedimiento (como ya se ha señalado) es muy costosa y el tiempo de elaboración es prolongado. Tales circunstancias, sobre todo en el aspecto económico, han hecho que esta tecnología en el medio mexicano no haya tenido la difusión que se esperaba. Recientemente aparecieron evaluaciones de este novel procedimiento, basadas en metaanálisis que demostraron que no existen ventajas sustantivas que respalden el uso de esta tecnología comparativamente con un espécimen de buena calidad del Papanicolaou convencional. Lifschitz señala: “Ante la tecnología emergente se requiere de un en- foque crítico, que eluda el deslumbramiento y evite el so- metimiento y la dependencia”. Es importante señalar que este procedimiento es útil cuando se precisa efectuar estudios complementarios en casos específicos, como sería el indagar en determinada paciente la presencia del ácido desoxirribonucleico (DNA) del virus del papiloma humano (HPV), así como la presen- cia de ciertos microorganismos, en este caso se utiliza el remanente de la muestra que quedó en el vial correspon- diente. No cabe duda que esta tecnología también se puede utilizar en el procesamiento y elaboración prácticamente de cualquier espécimen citológico, incluyendo el material que se obtiene por BAAF. Histología y biología celular22 Técnicas de fijación del material citológico Su principal objetivo es conservar el detalle morfológico de las células conservando todas sus características tal como están en el tejido vivo. Esto se consigue con fijadores que des- hidratan las células, inactivan las enzimas autolíticas, coagu- lan las proteínas y penetran a través de la membrana celular. Es un paso indispensable para contar con material ad hoc que permita su correcta coloración con lo que será sen- cilla una evaluación microscópica. La fijación debe realizarse de forma inmediata a la ob- tención y extensión del material citológico, con el espéci- men todavía húmedo. No existe el fijador perfecto, todos causan cierta retracción celular y cada uno actúa con una velocidad diferente. Tipos de fijadores a) Alcoholes Son los que con mayor frecuencia se utilizan en citología, actúan deshidratando las células y coagulando las proteí- nas, su mayor ventaja es que son fijadores rápidos y su des- ventaja es que son volátiles e inflamables. Los más usados son: • Etanol al 96%. Es el fijador de elección para material de origen ginecológico y de secreciones bronquiales, también cuando la tinción usada es la de Papani- colaou. Produce resultados satisfactorios siempre y cuando los especímenes citológicos sean de calidad, elaborados como ya se ha indicado, los cuales se su- mergen de inmediato en el etanol al 96% durante 15 a 20 minutos con lo que la fijación suele ser óptima. En estas condiciones el traslado de las muestras al laboratorio puede llevarse a cabo en recipientes in- dividuales o colectivos, siempre y cuando los frotis estén bien identificados. • Metanol al 100%. Este fijador se utiliza cuando los especímenes son fijados al aire, en especial cuando se evalúa la calidad del material in situ en las aspi- raciones con aguja delgada que serán teñidos con Diff-Quick, colorante de la familia del grupo de las tinciones hematológicas como el Giemsa. • Propanol e isopropanol al 90%. Son de uso más restringido. b) Líquido de Carnoy Este fijador puede ser útil en especímenes con gran conte- nido hemático y su función al contener ácido acético glacial al 2.5% y cloroformo es de producir hemólisis de los eritro- citos, que impiden la evaluación de otro tipo de células. Su uso es restringido, ya que si la muestra se deja más de 15 minutos se pierde el detalle nuclear. c) Citoespray Es un fijador en forma de aerosol que, además, deposita una capa protectora de polietilenglicol (Carbowax, mezcla de polímeros, con alcohol isopropílico) que debe retirarse a través de enjuagues de etanol y agua antes de que los espe- címenes sean teñidos. Tal fijador en forma de aerosol pulveriza toda la super- ficie de la laminilla portaobjeto de modo rápido y sencillo, se debe aplicar de manera homogénea a una distancia de 25 a 30 cm de la muestra, para evitar que haya dispersión me- cánica de las células de espécimen, por la fuerza del chorro del fijador. El citoespray ha sido utilizado ampliamente y se reco- mienda cuando los especímenes deben ser enviados a la- boratorios distantes para su tinción y estudio. No se reco- mienda utilizarlo en frotis con gran contenido líquido ni en frotis hemáticos. Un paso muy importante antes de la tin- ción es que a las laminillas fijadas con citoespray se les debe retirar la capa protectora mediante lavados sucesivos de cinco a 10 minutos en etanol al 96% y agua. La falla de este procedimiento impedirá un buen proceso de coloración. A pesar de todos estos beneficios la fijación con etanol al 96% es superior. Tinción del material citológico Los principales objetivos de la tinción de los especímenes son: • Visualización óptima de las células. • Diferenciación de los diversos constituyentes celu- lares. • Que el análisis y evaluación específica de las carac- terísticas de la estructura nuclear sean adecuados, ya que los cambios morfológicos evalúan la conducta celular anormal. • Análisis del citoplasma, cuyos cambios orientan el origen celular. Para ello se emplean diversas técnicas, la hematoxilina y eosina en solución acuosa es la coloración universal, tanto para tejidos como para material citológico. La hematoxilina es un colorante con afinidad hacialos ácidos nucleicos, con lo que delinea las características del núcleo y la eosina al citoplasma. En citopatología se utilizan varios procedimientos de coloración; sin embargo, el más utilizado, fundamental- mente en frotis ginecológicos, es la tinción de Papanico- laou. Dicha tinción contrasta la morfología celular con el citoplasma; asimismo, proporciona al espécimen una gran transparencia. En citología ginecológica, sobre todo del cuello uteri- no, la coloración del citoplasma proporciona información adicional en relación con el origen y maduración de las cé- lulas epiteliales. 23Capítulo 3 La citología como una herramienta para el médico general Tipos de tinciones Tinción de Papanicolaou Como ya se señaló, está particularmente indicada para el estudio de la queratinización de las células malpighianas patológicas. Fue introducida por Papanicolaou en 1925 y es una tinción diferencial o polícroma. Usa tres colorantes básicos y sus mezclas, el colorante nuclear lo proporciona la hematoxilina de Harris que pro- duce una impregnación excelente de la estructura cromá- tica y los colorantes del citoplasma, que son el OG6 que contiene naranja G6 y el EA-50 constituido por una mezcla de light green, fast green, pardo de Bismarck, ácido fosfo- túngstico, carbonato saturado de litio y eosina. Tales colorantes se encuentran comercialmente y ade- más del EA-50 existen otras mezclas como el EA-36 y el EA-65, que si bien proporcionan buenos resultados para teñir cualquier tipo de espécimen citológico, se recomien- da su uso en situaciones especiales; sin embargo, en la tin- ción del material del cuello uterino es recomendable el uso del EA-50. Para muestras ginecológicas gruesas se prefiere el EA-65, ya que al tener en su elaboración verde luz, no colorea de manera tan intensa el fondo de la preparación (figuras 3-1 y 3-2). Tinción de Shorr Es un procedimiento histórico y se utilizaba como tinción diferencial en las evaluaciones hormonales. Tinción de May-Grünwald-Giemsa Dicha coloración es utilizada en el estudio de lesiones lin- foides, también en el material obtenido por BAAF. Es de gran utilidad por la marcación fina de cambios nucleares. El material extracelular como la matriz mixoide, colágeno mucina o coloide se tiñe con claridad. Coloraciones extrarrápidas Son coloraciones utilizadas como tinciones útiles en el diagnóstico peritransoperatorio o transoperatorio, la eva- luación o la evaluación in situ de la calidad de los especí- menes que necesitan coloraciones rápidas, como el azul de metileno y otras tinciones. Coloración con azul de metileno al 1% Es empleada para efectuar diagnósticos rápidos y la evalua- ción del material en fresco. Coloración de ácidos nucleicos Es el Feulgen y tiñe de manera específica el DNA, se uti- liza ampliamente en instrumentos que efectúan medi- ciones, incluso existen kits para medición cuantitativa del DNA. Obtención adecuada de las muestras Muestra de citología ginecológica Esta sección presenta una breve reseña de los conoci- mientos actuales relacionados con la historia natural del cáncer cervical, que modulan las estrategias de los pro- gramas de prevención secundaria del cáncer cervical. Asimismo, estos conocimientos identifican a la población bajo estudio a través del estudio citológico. Considera, además, la serie de procedimientos que deben realizarse para la obtención, elaboración y fijación correctas de tales estudios. Por último, incluye una breve reseña de algunas estrategias para optimizar el procedimiento de detección que está realizándose en algunas áreas desprotegidas del territorio mexicano. Figura 3-1. Batería de tinción de Papanicolaou. Figura 3-2. La batería de tinción de Papanicolaou consta de tres colorantes, alcoholes y xilol, ubicados en una campana de extracción. Histología y biología celular24 Como ya se señaló, el estudio citológico del cuello uterino ha demostrado ser un arma de prevención secun- daria bastante efectiva contra el cáncer cérvico-uterino invasor. La verificación del éxito de esta aseveración en los paí- ses que han implementado programas de detección opor- tuna de cáncer cervical de calidad, utilizando como instru- mento la citología cervical, ha sido la baja mortalidad de la población incluida en este programa. Sin embargo, para que este objetivo sea alcanzado, es necesario cumplir una serie de requisitos indispensables, dentro de un marco de calidad que debe seguirse a lo largo de todo el proceso, el cual inicia desde la selección de la paciente hasta la consu- mación del tratamiento oportuno y correcto de la lesión descubierta y que, al ser erradicada, deja a la mujer libre del peligro de desarrollar un cáncer invasor. Como es evidente, el estudio citológico en este marco de referencia no es tan fácil como parece, si en verdad se desea que cumpla su cometido. En la obtención de un espécimen perfecto participan numerosos actores de diferentes niveles de conocimiento, y si no se sigue una estrecha vigilancia para que los diversos pasos de este proceso se realicen con el máximo de calidad, la prueba puede resultar un fracaso. Por esta razón debe implementarse de manera continua un monitoreo que vi- gile la calidad en cada uno de sus pasos (figura 3-3, A y B). Además, debe tenerse conocimiento sobre la historia natural de la neoplasia cervical y el HPV, pues es necesaria la presencia de HPV junto con varios cofactores para que se desarrolle el cáncer cervical; sin embargo, la sola infección por HPV no es suficiente, ya que la transformación neo- plásica no es unifactorial, sino que se desarrolla a partir de mutaciones celulares en eventos múltiples. Por otra parte, es importante estar al tanto de que la mayoría de las infecciones se adquieren casi siempre con el inicio de la vida sexual, siendo la gran mayoría in- trascendentes, pues el sistema inmunológico sano es capaz de inactivar al virus. También se sabe que, en una minoría de casos, el virus puede permanecer en la paciente; esta cir- cunstancia se conoce como infección persistente, misma que a la larga es responsable de la transformación neoplási- ca y de los cambios celulares preneoplásicos. Todos estos conocimientos, aunados al avance tec- nológico, han logrado que en la actualidad se cuente con pruebas moleculares que identifican a los diversos genoti- pos del HPV; además, se han desarrollado vacunas, por lo que la prevención primaria hoy es toda una realidad. Con la prueba molecular del DNA del HPV es factible reconocer a la población infectada que, a fin de cuentas, es la población en riesgo, que en el medio mexicano está cons- tituida solamente entre 9 y 12% de la población general, a diferencia de la enorme población de millones de pacien- tes que eran considerados para llevar a cabo la detección poblacional. Con la identificación de esta población infec- tada, en la actualidad se está llevando a cabo un proyecto para mejorar la prevención secundaria. Dicha intervención consiste en que a la población po- sitiva a la prueba del DNA del HPV, mayor de 30 años, se le realice un estudio citológico para averiguar si existen le- siones epiteliales provocadas por la infección viral que se detecten con esta prueba, y en caso positivo se les realice un estudio colposcópico para identificar la lesión y su ex- tensión e instituir el tratamiento adecuado. Esta estrategia cumple varias metas: 1. Identifica a las mujeres infectadas que presentan las lesiones precursoras. 2. Su reconocimiento permite dirigirlas a servicios de sa- lud para su estudio y tratamiento. 3. Como el número de casos con patología se reduce, los recursos de la infraestructura existente son opti- mizados. No obstante, para que este proyecto cumpla su come- tido, el estudio citológico debe ser de óptima calidad a lo largo de todo el proceso, así como el resto de los estudios y procedimientos a que se sujete la paciente. Sin embargo, esta estrategia fallará si se realizan frotis mal elaboradoso mal fijados, pues en ese caso la tinción y su evaluación ulterior no serán efectuados con los estándares de calidad indispensables. Figura 3-3. A) Material citológico de mala calidad. B) Material citológico con artificios de sequedad. C) Laminillas con el espécimen mal distribuido. A B C 25Capítulo 3 La citología como una herramienta para el médico general ¿Quién debe realizarse el estudio de Papanicolaou? De acuerdo con la Norma Oficial Mexicana basada en la historia natural y las características epidemiológicas de cada área geográfica, hay pequeñas variaciones que seña- lan diferentes edades para que la mujer que ya ha tenido relaciones sexuales se realice su primer estudio de Papani- colaou; en México se recomienda en mujeres desde los 25 hasta los 65 años. Se sugiere que en principio el estudio se lleve a cabo cada año y, si al tercer año el resultado ha sido persistente- mente negativo, entonces puede espaciarse el estudio hasta cada tres años. El alto número de mujeres mayores con neoplasias cer- vicales en México obliga a mantener una conducta activa en forma de programas poblacionales de detección oportu- na de esta neoplasia. ¿En qué momento debe hacerse el estudio? No hay duda de que lo ideal es efectuarlo en población asintomática. Es mejor practicarlo hacia la mitad del ciclo menstrual, cuando el efecto de los estrógenos proporciona especímenes limpios que facilitan la lectura del espécimen. No se recomienda la toma durante el periodo menstrual. En mujeres con sangrados anormales, no sólo se debe efectuar este procedimiento, es imprescindible realizar también un estudio clínico cuidadoso para identificar el origen del sangrado, que puede tener un origen fue- ra del cuello del útero. El embarazo no contraindica la toma del Papanicolaou. En presencia de infecciones que produzcan cambios inflamatorios agudos es factible recurrir a limpiar con cui- dado y gentileza con un hisopo la secreción purulenta, de modo que quede visible la mucosa de la cual se va a obte- ner el material. En el caso de que haya fenómenos infla- matorios muy severos, es preferible diferir la obtención del espé cimen hasta después de que la paciente termine un tratamiento contra la infección. Además, es importante tener en cuenta las siguientes recomendaciones antes de la realización del estudio citológico de Papanicolaou: • La mujer debe abstenerse de sostener relaciones se- xuales 24 horas anteriores a la toma de la muestra. • No debe administrarse ningún medicamento por vía vaginal las 24 horas previas al estudio. • Es importante que la paciente no haya efectuado la- vado vaginal. Material necesario para la obtención de una muestra adecuada La lista de material indispensable con el que debe contar el médico para realizar una muestra eficaz es (figuras 3-4, 3-5 y 3-6): • Mesa ginecológica. • Lámpara. • Espéculo de metal o plástico (estándar y de diversos tamaños). • Espátula de Ayre. • Cepillo endocervical o torunda de algodón no absor- bente. • Portaobjetos, de preferencia con extremo esmerilado. • Alcohol de 96° o fijador en espray. Figura 3-4. Instrumentos necesarios para la obten- ción del estudio de Papanicolaou. Figura 3-5. Cepillo, espejo, espátula de Ayre. Figura 3-6. Cytobrush: cepillo para toma cérvico-va- ginal indicado en pacientes con cuello atrófico. Histología y biología celular26 Obtención del espécimen del cuello uterino El éxito en la identificación de las lesiones precursoras del cáncer cervical que se realiza por medio del estudio cito- lógico reside en que los especímenes sean obtenidos jus- to de la mucosa del cuello uterino, del área de la zona de transformación en donde se presenta la metaplasia (zona de transformación) (figuras 3-7 y 3-8), que es la zona en donde se originan las lesiones precursoras del cáncer inva- sor; además es condición indispensable que el espécimen se elabore y fije de manera correcta e inmediata. La zona de transformación es muy variable (figura 3-9) y depende de modo fundamental de la edad de la pacien- te, al ser un epitelio en extremo sensible al estímulo de los estrógenos. Debido a ello su ubicación anatómica será dife- rente de una paciente a otra. En pacientes de edad avanza- da y posmenopáusicas, es preciso tener en cuenta que esta área por lo general migra hacia el canal endocervical, por lo que la obtención del espécimen citológico debe dirigirse con precisión a esta zona anatómica. En general, los especímenes cervicales deben contener material de la zona de transformación y de forma secunda- ria del endocérvix. Es importante que el instrumento sea el indicado para obtener el espécimen de cada tipo de cuello uterino. En mujeres jóvenes con la zona de transformación ex- puesta, el uso de una espátula de Ayre es el instrumento adecuado. Esta espátula tiene dos extremos, uno ligeramen- te puntiagudo, en contigüidad con una porción redondea- da que se adapta de modo perfecto al contorno del cuello uterino, con lo que se obtiene una muestra representativa de la zona de transformación y de la mucosa endocervical al efectuar una rotación de 360°. El extremo opuesto de la espátula está diseñado para que con un raspado circular suave se obtenga material de la mucosa exocervical. En mujeres de edad avanzada o con bajos niveles de estrógenos, cuya zona de transformación está parcialmen- te oculta, el instrumento indicado será un cepillo como el cytobrush, que permite obtener muestras de la mucosa que ha migrado hacia el canal endocervical. Es muy importan- te que la obtención de este espécimen se lleve a cabo con sumo cuidado y gentileza, rotando el cepillo sólo 45° para evitar erosiones de la mucosa de un epitelio delicado y atró- fico y, más aún, evitar el sangrado. A continuación se señala paso a paso el procedimiento correcto para obtener especímenes de calidad. 1. Prepare las laminillas que utilizará, personalizándolas de manera correcta, utilizando el tercio de uno de sus extremos. 2. La paciente debe estar en posición ginecológica (lito- tomía) y en principio se debe observar la región vul- var en búsqueda de alguna patología. Después separe Endocervicales Figura 3-7. Células endocervicales indicativas de una muestra cérvico-vaginal adecuada. Figura 3-8. Células de epitelio plano en una muestra cérvico- vaginal bien tomada. ZT Figura 3-9. Imagen histopatológica del inicio de la metaplasia o zona de transformación (ZT). 27Capítulo 3 La citología como una herramienta para el médico general los labios mayores y menores introduciendo el espejo vaginal de tamaño adecuado sin añadir lubricante al- guno. En mujeres posmenopáusicas es importante hu- medecer ligeramente las caras externas de las valvas del espejo con suero fisiológico o agua destilada a fin de facilitar esta maniobra. 3. Es preciso visualizar el cuello uterino, efectuando ade- más una evaluación de las paredes vaginales. 4. Con el cuello uterino expuesto, busque lesiones ma- croscópicas, si logra identificar una lesión sugestiva de cáncer invasor, la indicación precisa es obtener una biopsia de la lesión, de preferencia en un área no ne- crótica, aledaña a tejido sano. 5. Después de observar de manera cuidadosa la muco- sa del cuello uterino, acerque a la mucosa el extremo romo de la espátula y obtenga la muestra mediante ras- par ligeramente con un movimiento circular de 180° hacia la derecha. 6. Voltee la espátula y acerque la punta alargada al en- docérvix, repitiendo la maniobra giratoria raspando ligeramente en sentido contrario, es decir, hacia la iz- quierda. 7. Elabore de manera inmediata los frotis, depositando primero el material celular obtenido con el extremo de punta roma a lo largo del portaobjetos, efectuando una maniobra que obtenga un depósito del material celular en monocapa. Inmediatamente después voltee la espátula y deposite en la otra mitad del portaobje- tos, en sentido longitudinal, el material obtenido del endocérvix. Sumerja con rapidez la laminillaen alco- hol, a fin de lograr su correcta fijación. Toda esta ma- niobra no debe exceder 20 segundos. (A pesar de que lo óptimo es utilizar alcohol, la fijación puede realizar- se utilizando citoespray; si emplea este último, tenga cuidado de esparcir el rocío del fijador a unos 20 a 30 cm de distancia, con el objeto de no alterar la muestra celular.) 8. Para obtener el espécimen de las mujeres menopáu- sicas con un cuello uterino atrófico en quienes no se visualiza la zona de transformación, utilice un cepillo o en su defecto un hisopo. Realice el frotis siguiendo los mismos pasos que en el caso anterior. 9. Al retirar el espejo, debe rotarlo 90° con el objeto de visualizar las paredes vaginales. 10. El tiempo mínimo de fijación en alcohol es de 15 a 20 minutos, después puede dejarse secar para ser enviado al laboratorio sin peligro de que el frotis tenga cambio alguno. 11. Los especímenes citológicos deben acompañarse siem- pre de una solicitud de estudio que contenga todos los datos clínicos de la paciente, en donde se detalle si existe historial citológico, de biopsias, etc., así como los hallazgos macroscópicos en el examen del cuello uterino. Los especímenes obtenidos serán de gran utilidad si contienen células representativas de los epitelios del cuello uterino y de los cambios cuando éstos se hallan presentes. Además, si la elaboración ha sido efectuada de manera co- rrecta, el frotis mostrará una capa delgada de elementos celulares que han sido fijados de manera correcta y que en la tinción adquirirán la coloración adecuada para que logre elaborarse un diagnóstico preciso. Siempre deben monito- rizarse todos estos pasos con el objeto de obtener especí- menes útiles y confiables. Informe del estudio citopatológico del cuello uterino En relación con el informe de la citología cervical, la Nor- ma Oficial Mexicana (NOM-14) señala lineamientos para el reporte del estudio citopatológico del cuello uterino y especifica que debe utilizarse la nomenclatura del sistema Bethesda. Es importante seguir estos lineamientos, ya que hay numerosas terminologías que con mucha frecuencia con- funden no sólo al médico tratante, sino a la misma paciente. El doctor Papanicolaou ideó una nomenclatura que en la actualidad ha quedado obsoleta, pero que a veces hay quienes siguen empleándola. Es importante señalar que en la época del doctor Papanicolaou no se tenía conocimiento de la historia natural del cáncer del cuello uterino y la no- menclatura estaba constituida por cinco clases, catalogadas con números romanos (desde la clase I, normal, hasta la clase V, cáncer invasor). Después, la Organización Mun- dial de la Salud (OMS) propuso una nomenclatura acorde con la terminología histológica (displasias: leve, moderada y grave; carcinoma in situ y cáncer invasor). El esfuerzo por uniformar la nomenclatura citológica con la histopatológica fue de enorme utilidad, pues impulsó el esclarecimiento de la historia natural del cáncer cervical. Más tarde Richart, basado en estudios multidisciplinarios, acuñó el término “neoplasia intraepitelial cervical” con tres grados de nomenclaturas más apegadas a los conocimien- tos científicos de esa época. Estos tres intentos, que apor- taron conocimientos en su época, han quedado ya en la historia, pues no sustentaron algunas razones válidas para identificar de manera correcta las lesiones. La nomencla- tura del sistema Bethesda, en cambio, además de que está basada en la historia natural del cáncer cervical —misma que hoy en día es bien conocida—, aporta ventajas como las siguientes: 1. Propicia comunicación de difusión universal. 2. Puede correlacionarse con el diagnóstico histopatoló- gico. 3. Evalúa la calidad del espécimen. 4. El diagnóstico es predictivo. 5. La identificación de las lesiones a través de esta termi- nología binaria proporciona elevadas cifras de concor- dancia a interobservadores e intraobservadores. Histología y biología celular28 Se trata de una nomenclatura fundamentada en des- cubrimientos científicos recientes sobre distintos hechos biológicos, por lo que considera eventos tanto moleculares como celulares bien establecidos, también toma en cuenta la historia natural de la enfermedad y es de utilidad clínica al tener gran predictibilidad. Además, es capaz de señalar un pronóstico que ayuda a planear el tratamiento y, al ser una clasificación binaria, favorece la reproducibilidad, por lo que puede utilizarse con confianza. Tal nomenclatura separa las lesiones intraepiteliales en dos grados: las de bajo grado (NIC I) (figuras 3-10 y 3-11) y las de alto grado que incluye el NIC II, NIC III (figuras 3-12, 3-13 y 3-14) y carcinoma in situ (figuras 3-15 y 3-16), lesiones que son diferentes desde el punto de vista biológi- co y clínico, incluso se señala que corresponden a dos en- fermedades diferentes; tanto por su etiología como por su evolución e historia natural. Existe un apartado menor relacionado con la identi- ficación de microorganismos, mismo que no reviste gran importancia ya que la función del estudio citológico de la mucosa cervical es, a todas luces, para descubrir lesiones precancerosas incipientes. Otra de las ventajas de esta clasificación es que califica la calidad del espécimen (figuras 3-7, 3-8 y 3-9), señala si el frotis es adecuado para efectuar diagnóstico o no lo es, por el tipo de células presentes en el espécimen y la presencia de elementos que llegan a oscurecer la evaluación morfo- lógica, como eritrocitos, células inflamatorias, presencia de bacterias, etc., que impiden una visualización clara. La nomenclatura utilizada en el diagnóstico del mate- rial de otras áreas del organismo en general sigue la termi- Figura 3-10. Lesión escamosa intraepitelial de bajo grado (coi- locitos). Figura 3-11. Imagen histopatológica de un condiloma, origina- da por virus de bajo riesgo. Figura 3-12. Lesión escamosa intraepitelial de alto grado. Figura 3-13. Lesión escamosa intraepitelial de alto grado. 29Capítulo 3 La citología como una herramienta para el médico general nología histopatológica; sin embargo, hay algunas excep- ciones en el material originado en lesiones tiroideas y en lesiones de glándula mamaria. El envío de los especímenes al laboratorio, donde serán teñidos y evaluados, debe realizarse de manera cuidadosa a fin de que las laminillas no se estropeen. Es importante que la laminilla y el sobre tengan una identificación clara con el nombre completo de la paciente. La muestra debe estar acompañada de una solicitud en la que se señalen los datos clínicos fundamentales, como edad, fecha de última menstruación, si ha habido trata- miento hormonal reciente —lo cual incluye medicamen- tos anovulatorios— y, sobre todo, antecedentes de algún procedimiento quirúrgico en el cuello uterino. Esos datos clínicos son importantes para efectuar una correcta evalua- ción, ya que este procedimiento es considerado como una consulta médica. Muestras citológicas no ginecológicas Manejo de líquidos de diversos orígenes: líquidos de derrames pleural, ascítico y pericárdico Justo después de la obtención del derrame debe enviarse el espécimen al laboratorio en donde debe procesarse con rapidez. Cuando por circunstancias especiales —como que la muestra haya sido obtenida por la noche— el líquido ob- tenido debe refrigerarse, es preciso evitar su congelación. Si el espécimen debe ser transportado a un sitio distante es recomendable añadirle etanol al 50%. Hay quienes acostumbran agregar un anticoagulante, el cual no interfiere con la coloración habitual, pero sí pro- duce un fondo indeseable cuando se utilizan coloraciones derivadas de la tinción de Romanowsky. Además, debe se- ñalarse que los especímenes fijados con alcohol limitan las posibilidades de ser utilizados para estudios de inmunohis- toquímica y algunos otros estudios especiales. La evaluación del aspecto macroscópico es muy im- portante, ya que quizá sea un indicio dela naturaleza del derrame; como por ejemplo, los derrames hemorrágicos con frecuencia son neoplásicos. Más tarde se elaborarán varias laminillas, de acuerdo con el tipo de estudio que se planee, utilizando la centrifugación. A menudo estos especímenes contienen abundante se- dimento; bajo estas condiciones debe elaborarse un bloque celular que será utilizado para efectuar estudios complemen- tarios, como tinciones especiales o estudios de inmunohisto- química, cuando así lo requiera la evaluación del espécimen. Con frecuencia, como parte del estudio de los pacientes se efectúan lavados de las serosas utilizando solución salina, estos especímenes deben prepararse de inmediato, tal cual ocurre con los otros especímenes con contenido líquido. Figura 3-14. Imagen histopatológica de una lesión escamosa intraepitelial de alto grado. Figura 3-15. Lesión escamosa intraepitelial de alto grado, car- cinoma in situ. Figura 3-16. Imagen histopatológica de una lesión escamosa intraepitelial de alto grado, carcinoma in situ. Histología y biología celular30 Orina Los especímenes de orina ideales corresponden a la orina matutina después de haber descartado la orina nocturna y es recomendable que el paciente efectúe algún tipo de ejer- cicio, en especial si hay sospecha clínica de tumor vesical; de esta forma se obtendrá una descamación importante, de las células de la lesión tumoral. Si la lesión se ubica en uréter, pelvis renal o riñón, es preferible obtener la muestra por cateterismo uretral. La preparación de este material sigue los mismos lineamientos que los líquidos ya descritos. Líquido cefalorraquídeo Este espécimen por lo general es muy escaso, por lo que se utiliza una citocentrífuga para obtener una muestra que pueda ser evaluada. Cuando el espécimen es turbio y pro- viene de pacientes inmunodeprimidos, debe realizarse des- pués de la centrifugación una evolución en fresco tiñendo el espécimen con una gota de tinta china negra, esto a fin de descartar una infección por hongos. Material de aspiración con aguja fina Son especímenes que por lo general llegan ya preparados y fijados; sin embargo, cuando se evalúa in situ, el patólogo que está asistiendo a esta actividad debe elaborar los frotis de acuerdo con los lineamientos ya señalados. Se ocupan las ¾ partes de la laminilla depositando las células en senti- do longitudinal en monocapa. La fijación depende del tipo de tinción que corresponda. Por ejemplo, cuando se evalúa la calidad, es preciso utilizar el colorante de Diff-Quik, ti- ñendo la laminilla que se ha secado al aire; cuando la tin- ción es Papanicolaou o hematoxilina y eosina, debe fijarse en alcohol. Es importante tener en cuenta que cuando es- tos especímenes son muy abundantes ha de fijarse parte de este material en formol a fin de obtener bloques celulares que serán de gran utilidad para algunos estudios especiales. Las características de la calidad del material de los dife- rentes órganos y tejidos varían de acuerdo con el tejido por evaluar. Así, por ejemplo, en el estudio de la patología tiroi- dea se requiere un mínimo de ocho a 10 fragmentos de teji- do, con 10 o más células, en dos laminillas, y que las células estén en buen estado de conservación. Para obtener material óptimo a veces es necesario practicar varias punciones. En relación con el material obtenido en patología mamaria, en general no se señalan números absolutos de elementos celulares, sino que los criterios son cualitativos: que la celularidad del espécimen resuelva el problema diag- nóstico, sin que se señale un número mínimo de células y que no existan artificios de distorsión celular. Es importan- te subrayar que en las lesiones quísticas, además de evaluar el contenido celular inicial, resulta necesario efectuar una nueva punción para obtener material del tejido residual que queda en la pared de la lesión quística. Deben tomarse en cuenta las características del ór- gano bajo estudio por medio de este procedimiento; por ejemplo, en la evaluación de la patología tiroidea y mama- ria es factible realizar numerosas punciones; en cambio, en el pulmón la cantidad de intervenciones debe ser mínima —no más de tres procedimientos—, tomando en cuenta que puede haber patología de base como el enfisema. Características morfológicas de los especímenes Las características de los diversos especímenes varían de acuerdo con el tejido y al procedimiento a través del cual se obtuvo la muestra; sin embargo, con las técnicas que se utilizan en la actualidad hay patrones que se presentan en prácticamente todos los especímenes de citopatología. Las muestras de líquidos quizá estén constituidas por células solitarias, sobre todo cuando no hay patología neo- plásica y los especímenes obtenidos a través de raspados o utilizando la BAAF contienen tanto conglomerados como células aisladas. El material obtenido a través de la BAAF, sobre todo cuando se está explorando un tejido con cambios malig- nos, en general es muy celular, se extraen fragmentos que son verdaderas microbiopsias, en las cuales la evaluación morfológica se lleva a cabo con criterios histopatológicos. Fondo Los especímenes citológicos suelen presentar un fondo que es importante examinar como un primer paso en el estudio de estas muestras; con esta evaluación se valida el grado de celularidad, así como algunos rasgos arquitecturales y, asi- mismo, la respuesta del tejido a la biología y agresividad de la lesión en estudio que imprime ciertas características en el fondo de los especímenes. Fondo limpio No debe existir alguna célula, lo cual incluye hematíes, células inflamatorias, restos de necrosis o productos ex- tracelulares. Un ejemplo de este espécimen es el líquido cefalorraquídeo, libre de infecciones. Fondo hemático Se presenta como consecuencia del mismo procedimien- to, ya que con la aguja se atraviesan vasos sanguíneos; en este caso se trata de una “punción roja” pero también es frecuente en casos de neoplasias que son muy vasculari- zadas, como carcinoma renal, tumores neuroendocrinos, etc. Cuando se trata de especímenes citológicos del cuello uterino, el fondo hemorrágico puede deberse a que la 31Capítulo 3 La citología como una herramienta para el médico general obtención de la muestra se llevó a cabo de manera enérgica o que el espécimen se obtuvo en forma errónea de una paciente en fase menstrual. Fondo inflamatorio El estudio citológico se utiliza con frecuencia para escla- recer procesos infecciosos, aunque la inflamación también puede estar presente en tumores o en procesos no necesa- riamente infecciosos. Así, una punción por aspiración de tiroides que muestra células foliculares benignas, oncocitos y linfocitos puede corresponder a una tiroiditis de Hashi- moto. Los linfocitos también constituyen un elemento nor- mal en el carcinoma medular de mama o en el tumor de Warthin de la glándula salival. Fondo necrótico o diátesis tumoral En estas circunstancias el fondo del espécimen tiene un aspecto “granular” o “sucio”, con la presencia de restos nu- cleares, fragmentos de citoplasma, hematíes y fibrina. En este caso es importante una evaluación cuidadosa, ya que cuando este fondo se origina en una neoplasia es condi- ción indispensable la presencia de células malignas para distinguir de forma definitiva la presencia del tumor. Sin embargo, se debe tener en cuenta que en algunos procesos infecciosos (como la tuberculosis) puede existir material caseoso, necrótico. Otras sustancias extracelulares A continuación se mencionan varios productos extracelu- lares que pueden ser identificados. Coloide Los especímenes de tiroides, o material metacromático entremezclado con las células o estructuras globoides, en ocasiones constituyen los indicios que ayuden a identificar un tumor mixto de glándula salival o una lesión adenoidea quística, respectivamente. Amiloide Al igual que el coloide, es cianófilo con la tinción de Papa- nicolaou, debido a que no sepueden evaluar algunas carac- terísticas específicas de esta sustancia, se debe confirmar su naturaleza con tinciones de rojo Congo o tioflavina. Mucina Es frecuente su presencia en tumores mucoproductores de diversos orígenes (mama, aparato digestivo, páncreas u ovario) y en ocasiones el espécimen es poco celular (seu- domixoma peritoneal, carcinomas mucinosos puros o co- loides); dicha hipocelularidad llega a dar lugar a un diag- nóstico de falso negativo. La mucina muestra una tinción brillante y metacromática (magenta) con Diff-Quik. Otras sustancias, como las sialomucinas de origen mesenquima- toso, suelen tener un aspecto más fibrilar o granular, pero también se tiñen de forma metacromática, con Diff-Quik. Fondo atigrado o rayado Se observa en tumores germinales como seminoma/ger- minoma, que contienen gran cantidad de glucógeno cito- plásmico y también llega a observarse en otros tumores productores de glucógeno extracelular, como el sarcoma de Ewing, el rabdomiosarcoma y los tumores de células claras ricos en glucógeno. Cuerpos linfogranulares Corresponden a fragmentos del citoplasma de los linfocitos y se identifican en el fondo de la preparación; pueden apa- recer de manera indistinta en linfomas como preparaciones de tejido linfoide normal. Agrupaciones celulares Como ya se mencionó, para lograr un buen diagnóstico a través de la evaluación de la BAAF, además de la excelente conservación de las células, de la correcta elaboración del frotis, es necesario que haya una buena muestra en cuan- to a su celularidad, ya se han mencionado algunos crite- rios exigidos en la evaluación de la BAAF de tiroides; sin embargo, el criterio que prevalece es que haya una buena cantidad de elementos celulares aislados o en pequeñas mi- crobiopsias que sean suficientes para efectuar un diagnós- tico. En general no existe un consenso para definir cuál es la cantidad adecuada para emitir un diagnóstico y eso se deja a consideración del citopatólogo que evalúe la muestra obtenida. Sin embargo, nunca debe realizarse un diag- nóstico de “malignidad” cuando el material no contie- ne un número adecuado de células. En la evaluación de los especímenes citopatológicos se utilizan criterios de uso común en el estudio y análisis de biopsias o de especímenes mayores. La citopatología como parte de la anatomía patológica comparte criterios morfo- lógicos, sobre todo cuando los fragmentos examinados son “microbiopsias”. Sin embargo, con frecuencia el material contenido en un frotis puede estar constituido por células aisladas, mismas que se analizan con criterios específicos y de gran fineza, con los cuales se llega a un diagnóstico certero. Se consideran ahora algunos de los criterios arquitec- turales observados con frecuencia en este tipo de material. Sábanas Conglomerados celulares cuyas células se disponen de for- ma bidimensional en una sola capa. En estos fragmentos se observan las uniones intercelulares y, al existir revesti- Histología y biología celular32 mientos con vellosidades, se forman espacios o ventanas intercelulares. Los núcleos están dispuestos de manera or- denada conservando un isodiametrismo completo. Algu- nos ejemplos de este tipo de agrupamiento se observan en material originado en conductos mamarios, o grupos celu- lares originados en las estructuras de revestimiento, como las células mesoteliales. Panal Como su nombre lo indica, el agrupamiento es similar al panal de las abejas, los componentes celulares son monó- tonos, con núcleos centrales de aspecto ovoide rodeados por escaso citoplasma. Al mover el tornillo micrométrico se observa la arquitectura del panal de las abejas. Ácinos Son grupos redondeados de células que contienen núcleos dispuestos de forma periférica, con frecuencia alrededor de una luz central. Son normales en los tejidos glandulares y se observan en material originado en glándulas salivales, páncreas y glándula mamaria. También se observan en ade- nocarcinoma. Papilas Son estructuras tridimensionales alargadas, constituidas por células alrededor de un núcleo fibrovascular, que en ocasiones se visualiza con dificultad. Están presentes tan- to en procesos benignos como en los malignos. Algunos ejemplos de esta arquitectura son: carcinoma papilar de tiroides, papilomas o carcinomas papilares de mama, neo- plasias serosas o mucinosas ováricas, mesotelioma malig- no, etcétera. Desorganización arquitectural Es una morfología que evidencia el crecimiento rápido e indiscriminado de un proceso maligno. Se caracteriza por grupos tridimensionales con amontonamiento celular, con núcleos encimados, a veces se observa una distribución sincitial con límites citoplasmáticos mal definidos. Estos grupos tienen profundidad, de forma que es factible eva- luar las distintas capas de células enfocando con el tornillo micrométrico. Además, es bien sabido que los tumores ma- lignos —sobre todo los de alto grado— tienden a ser poco cohesivos, de forma que en las orillas de los fragmentos celulares aparecen células sueltas sobre el fondo de la pre- paración, las cuales pueden ser valoradas si conservan su integridad. Ventanas intercelulares Son descritas como espacios pequeños, sobre todo entre las células mesoteliales y esta imagen se debe a las microve- llosidades de las células mesoteliales, que no permiten que se adhiera una célula con otra. Amoldamiento nuclear Consiste en el adosamiento del núcleo de una célula con otra y, puesto que tienen el citoplasma frágil, sólo es posible observar el núcleo de la célula. Es un rasgo muy frecuente en tumores neuroendocrinos en el colangiocarcinoma y por lo general denota un rápido crecimiento celular. Imagen de una célula dentro de otra Esta imagen quizá sea el producto de “canibalismo” o de “fagocitosis” y se observa con frecuencia en los mesotelio- mas y melanomas, aunque resulta inespecífica. Cambios celulares en el estudio citológico Núcleos y nucleolos Los núcleos reflejan el nivel de actividad celular (p. ej., normal, reactivo, displásico, neoplásico, etc.), el citoplas- ma muestra la diferenciación histológica y funcional de las células (escamosas, glandulares, secretoras, fagocíticas, neurales, etc.). Las células normales son uniformes desde el punto de vista morfológico con características bien co- nocidas, con núcleos de contornos redondeados y lisos, las células transformadas (displásicas o neoplásicas) adquieren rasgos anormales, “atípicos”, como irregularidad nuclear, variabilidad en el tamaño o la forma, con aumento del ta- maño nuclear en relación con la cantidad del citoplasma, lo que constituye un criterio útil para reconocer un creci- miento anormal de la célula. El núcleo es esencial para la valoración citológica, ya que no sólo refleja la capacidad de dirigir la biosíntesis de la célula, sino que ahí radican la morfolología de la célula normal, así como los cambios consecutivos a la transfor- mación neoplásica. En condiciones normales su forma es regular y esférica. La membrana nuclear fina y delicada se deforma durante la transformación displásica o neoplásica debido a las irregularidades y cambios en el número y ca- racterísticas de los cromosomas. Las irregularidades de la membrana nuclear junto con los cambios de la cromatina son consideradas como indicadores confiables de la trans- formación displasia/neoplasia. La cromatina en condiciones normales aparece de forma homogénea dispersa por todo el núcleo, al que da un aspecto granular fino o grueso. Las células anormales muestran cromatina en grumos y son oscuras, lo cual cons- tituye una característica de las células de la displasia o de tumores malignos. La hipercromasia nuclear se debe al aumento del nú- mero de cromosomas, ya sea por poliploidía o con aneu- 33Capítulo 3 La citología como una herramienta para el médico general ploidía. El aumento de las proteínas ácidas distintas de las histonas es el causante del incremento de los depósitos de colorantes básicos, lo queconfiere a la célula transformada su característico color oscuro irregular. La homogeneización de la cromatina es un cambio nu- clear que en la actualidad es bien conocido y que es conse- cutivo a una infección viral productiva, por el desarrollo de episomas circulares virales, lo que le confiere un aspecto en “vidrio esmerilado”; estas células infectadas son senescen- tes y se destruyen con rapidez. En condiciones normales la muerte celular se manifiesta con cambios en la cromatina, la cual se compacta hasta tal punto que da lugar a núcleo en “tinta china” como sucede con las células escamosas su- perficiales de las mucosas, sobre todo de vagina y cuello uterino. Por último, hay disolución del núcleo picnótico, lo que constituye la cariorrexis. En los núcleos es factible que aparezcan vacuolas o es- pacios vacíos consecutivos a procesos inflamatorios o por efecto de la radioterapia. En algunas infecciones virales lle- gan a observarse cuerpos de inclusión que corresponden a conglomerados de los virus que están infestando el núcleo celular. Existen algunos cambios debidos a plegamiento de la membrana citoplásmica en el núcleo, lo que llega a origi- nar seudoinclusiones que se presentan en algunos tipos de neoplasias, como carcinoma papilar de tiroides, melanoma y hepatocarcinoma. Los nucleolos constituidos por proteínas, DNA y ácido ribonucleico (RNA) ribosómico, al ser el centro organiza- tivo de la célula, aparecen marcadamente en procesos de síntesis, como en cambios de reparación o regeneración. Su alto contenido en proteínas les confiere una coloración rojiza. Citoplasma El citoplasma identifica el origen de la célula y muestra cambios relacionados con su función, como el citoplasma de las células escamosas que cumplen una función protec- tora, las funciones de secreción de células serosas o muci- nosas de las glándulas salivales, etcétera. Las células pueden sufrir modificaciones según diver- sos factores relacionados con su función o en algunos casos como consecuencia de estímulos hormonales como en el endocérvix; este cambio constituye el cambio de metapla- sia, que es una respuesta adaptativa por la sustitución de un tipo de célula madura por otra, como en la zona de trans- formación del cérvico-uterino en el esófago de Barrett. Un parámetro importante en la evaluación citológica para identificar a las células malignas consiste en realizar una comparación entre el tamaño del núcleo y la cantidad del citoplasma, lo que se conoce como relación núcleo/ citoplasma. Cuando esta relación desaparece por aumen- to del tamaño nuclear se sospecha de una transformación maligna de la célula. Conceptos básicos en citopatología ¿Qué es un epitelio? Es el tejido formado por una o varias capas de células yux- tapuestas que recubren todas las superficies libres del orga- nismo, y constituyen el recubrimiento interno de las cavi- dades, órganos huecos, conductos del cuerpo, la piel y que también forman las mucosas y las glándulas. Este epitelio puede sufrir múltiples cambios por diferentes agentes, des- de cambios de maduración hasta neoplásicos e incluso la muerte celular normal y anormal. Clasificación general de los epitelios En función del número de capas celulares que forman los distintos tipos de epitelios que existen en el organismo, éstos se subdividen: 1. Según la función del epitelio. a) Epitelio de revestimiento o pavimentoso. b) Epitelio glandular. c) Epitelio absorbente. 2. Según la forma de las células epiteliales. a) Epitelios planos o escamosos. b) Epitelios cúbicos. 3. Epitelios prismáticos o cilíndricos. 4. Según el número de capas de células que lo formen. a) Epitelio simple. b) Epitelio estratificado. Metaplasia En histología se denomina metaplasia al cambio de un epi- telio maduro por otro igualmente maduro (figuras 3-7, 3-8, 3-17 y 3-18). La metaplasia puede explicarse en algunos ca- Metaplasia Figura 3-17. Células de metaplasia escamosa. Histología y biología celular34 sos como un proceso adaptativo ante condiciones ambien- tales irritativas; sin embargo, en ciertos tipos de metaplasia, no está claro que se trate de un proceso de este tipo. Existen diferentes tipos de metaplasias, entre otros: • Pavimentosa del cuello uterino. • Intestinal de la mucosa gástrica. • Gástrica en la mucosa del esófago. • Glandular en epitelio de la vejiga. • Ósea en cartílagos de la laringe. Las causas generales son: a) Irritación. b) Sustancias químicas. c) Estrógenos. d) Déficit de vitamina A. En teoría, la metaplasia es reversible si cambian las condiciones que la producen. La más frecuente es la meta- plasia escamosa, que se refiere al reemplazo del epitelio ci- líndrico endocervical por epitelio escamoso, estratificado, maduro o inmaduro. Las fases de la metaplasia escamosa son: 1. Epitelio cilíndrico normal. 2. Hiperplasia de células subcilíndricas. 3. Metaplasia escamosa inmadura. 4. Metaplasia escamosa madura. Se sabe que el medio vaginal es ligeramente ácido en los años fecundos y durante el embarazo; se cree que la aci- dez está implicada en la metaplasia escamosa. Cuando la acidez vaginal destruye de forma reiterada las células del epitelio cilíndrico en una zona del ectropión (véase defini- ción más adelante), con el tiempo las células son reempla- zadas por un epitelio metaplásico neoformado. La irritación del epitelio cilíndrico expuesto debida al medio vaginal ácido, produce la aparición de las células de Figura 3-18. Imagen histopatológica de metaplasia escamosa endocervical. reserva subyacentes, las cuales proliferan, y se presenta hi- perplasia que finalmente se constituye en un epitelio esca- moso metaplásico. En resumen, cabe decir que la metaplasia escamosa del cuello uterino es el cambio de las células del endocérvix (que son cilíndricas), en células escamosas como las del exocérvix. Dichos cambios se presentan en la vida de la mujer, y no ocurre nada siempre que se convierta en tejido ma- duro. Si queda inmaduro, se considera una atipia y podría llegar a convertirse en displasia; sin embargo, esto no es muy frecuente, pues sólo ocurre en un pequeño porcentaje. El cuello uterino está recubierto por el epitelio escamoso estratificado y por el epitelio cilíndrico o glandular. Displasia Es una alteración del desarrollo de las células epiteliales, acompañada de cambios en el proceso de la maduración de la célula. Es algo que puede ocurrir en todos los epitelios, pero en este capítulo se presenta la definición de displasia del cuello cervical, a saber, “la emergencia anormal de célu- las en el cuello del útero, consecutiva a la acción disregula- dora de géneros virales de HPV” (Robbins, Cotran). Cuan- do esta lesión se deja evolucionar puede agravarse; es una lesión premaligna o precancerosa de células del cuello ute- rino. En el contexto de los nuevos conocimientos se le ha llamado neoplasia cervical intraepitelial (NIC) y utilizando la nomenclatura del sistema Bethesda se denomina lesión escamosa intraepitelial, dividida en dos apartados, de bajo (figuras 3-10 y 3-11) y de alto grados (figuras 3-12 a 3-16). Cáncer Es una enfermedad en la que hay células anormales que se multiplican sin control y pueden invadir los tejidos cer- canos. Las células de cáncer también llegan a diseminarse hasta otras partes del cuerpo a través del torrente sanguí- neo y el sistema linfático. • El carcinoma es la neoplasia maligna de todos los epitelios (figuras 3-19 y 3-20). • El sarcoma es la neoplasia maligna que se origina en el tejido mesenquimatoso o de sostén, como huesos, cartílago, tejido adiposo, músculos, vasos sanguí- neos, tejido conjuntivo, etcétera. • Leucemia es la neoplasia que se inicia en un tejido donde se forman las células sanguíneas, como la mé- dula ósea, y hace que se produzca un gran número de células sanguíneas anormales que entran en el to- rrente sanguíneo. • El linfoma y el mieloma múltiple son neoplasias que empiezan en las células del sistema inmunitario. • Lasneoplasias del sistema nervioso central empie- zan en los tejidos del cerebro y la médula espinal. 35Capítulo 3 La citología como una herramienta para el médico general Muerte celular Existen dos mecanismos principales de muerte celular: apop- tosis y necrosis. Apoptosis Se define como muerte celular “programada”. La apopto- sis es un evento celular natural, el cual también puede ser inducido por condiciones patológicas. Como ejemplo de funciones fisiológicas normales de la apoptosis cabe men- cionar la regresión del útero después del parto, la inmu- noeliminación de células y la muerte de células nerviosas en el desarrollo si no se establecen contactos axonales. La apoptosis está implicada en enfermedades y lesio- nes inducidas químicamente. Se diferencia de la necrosis por sus características morfológicas. La apoptosis es un evento controlado. Las células se vuelven más condensadas consistente con el hecho de que el agua está siendo removida de la célula (no es un proceso pasivo). Durante todo el proceso la membrana celular y los organelos permanecen intactos. El contenido celular nunca se derrama hacia el área que la rodea, lo cual hace que no se produzca reacción inflamatoria. Necrosis En la necrosis el resultado final es la rotura de la membra- na celular y el derrame del contenido celular en el espacio intersticial (figura 3-21). Esto trae como consecuencia una respuesta inflamatoria en el área que va en detrimento de las células que la rodean (cuadro 3-1). LM Figura 3-19. Citología cérvico-vaginal de carcinoma invasor, se observan las células con queratinización atípica (citoplasma de color naranja) y núcleos en tinta china (negros y pequeños). Figura 3-20. Imagen histopatológica de un carcinoma inva- sor, donde se rompe la lámina basal (LM) del epitelio exocer- vical. Cuadro 3-1 Cuadro comparativo de las diferencias morfológicas entre necrosis y apoptosis. Necrosis Apoptosis Célula completa Inflamación Condensación Núcleo Picnosis Creciente Organelos Cariólisis Intactos Degeneración celular Cariorrexis Cuerpos apoptóticos Inmunorrespuesta Degeneración Ninguna Rotura Inflamación agudaFigura 3-21. Grupos celulares con necrosis y el fondo con de- tritus (restos celulares). Histología y biología celular36 Infección El resultado de la invasión de microorganismos en el cuer- po, incluyendo bacterias, virus u hongos, puede producir además de los cambios fisiopatológicos que el organismo desarrolla para defenderse de esta agresión, cambios mor- fológicos importantes. Técnicas especiales en citología El material citológico y las técnicas actuales Además de la gran utilidad que ha prestado el estudio cito- lógico en el esclarecimiento del diagnóstico de las diversas entidades patológicas, la modernidad con su cúmulo de avances ha encontrado un campo fértil al utilizar el mate- rial que se obtiene por medio de la BAAF para implementar estudios auxiliares, como las inmunorreacciones. Específicamente con la modernización de los trata- mientos del cáncer de la glándula mamaria, en los cuales es indispensable identificar la positividad de marcadores como receptores estrogénicos y de progesterona, así como la identificación de moléculas como el HER2 para que las pacientes sean beneficiadas con tratamientos especializa- dos promisorios. Inmunohistoquímica en citología La inmunohistoquímica se ha convertido en una técnica casi imprescindible en el diagnóstico histopatológico de muchas neoplasias y otras lesiones. La posibilidad de teñir y poner de manifiesto proteínas celulares, y más reciente- mente algunos genes y sus productos, en secciones tisu- lares representa un gran avance en nuestras capacidades diagnósticas. La importancia de la inmunohistoquímica en citología está bien reconocida. En general, la citología ofrece me- nos claves diagnósticas que la biopsia, la arquitectura de las lesiones es menos evidente, y hay mayores problemas debido a que las muestras pueden ser inadecuadas o insu- ficientes, lo que hace que algunos criterios diagnósticos de determinadas lesiones estén ausentes. Sin embargo, en un material de buena calidad la aplicación de esta tecnología es una ayuda diagnóstica cotidiana; estos procedimientos se deben aplicar en: • Esclarecimiento en el diagnóstico y tipificación de los tumores poco diferenciados. • Identificación del tumor primario en algunas lesio- nes metastásicas (mama, tiroides, próstata, melano- mas, etcétera). • En el diagnóstico diferencial de adenocarcinoma en contraste con mesoteliomas. Sin embargo, hoy en día la inmunohistoquímica no se aplica en la rutina diagnóstica de la citopatología. En general, no existen métodos estándar, quizá porque la he- terogeneidad de la conservación celular ofrece resultados dispares. Al igual que ocurre con la inmunohistoquímica sobre secciones tisulares, algunos factores determinantes para el éxito de la técnica son el material sobre el que se aplica, el tipo y características de fijación, los procesos de diges- tión enzimática, el método empleado en la tinción inmu- histoquímica, los procedimientos de bloque de enzimas endógenas, así como los tipos de anticuerpos y diluciones de los mismos utilizados. Todo esto también es cierto en cuanto a la citología, con el añadido de que en ocasiones el mismo anticuerpo aplicado a un tejido y a una extensión citológica quizá exija condiciones de trabajo diferentes. La variabilidad en los re- sultados se ha atribuido a diversos factores: 1. El número limitado de preparaciones citológicas en comparación con la cantidad de cortes que pueden ob- tenerse de un bloque de parafina. Por ello la elección de los anticuerpos debe ser cuidadosa. 2. La heterogeneidad en la cantidad y calidad del ma- terial citológico en los diferentes extendidos, incluso en los provenientes de una misma muestra (p. ej., BAAF). La inevitable superposición excesiva y agru- pamientos celulares, así como la presencia de fon- dos intensamente hemorrágicos y necróticos, como también de material proteináceo con el fondo de las extensiones, puede impedir la correcta difusión del anticuerpo. 3. Problemas técnicos que se derivan y varían con la ex- periencia de cada laboratorio. Si con el material del espécimen citológico es po- sible elaborar bloques celulares, estos últimos son de extraordinaria ayuda para utilizar diversos cortes para las reacciones de inmunohistoquímica. En el caso de tener que realizar un estudio de inmunohistoquímica en frotis celulares ya teñidos, los fijados en alcohol ofrecen mejo- res resultados. Éstos —a excepción del bloque celular— se obtienen en muestras teñidas previamente con tinción de Papanicolaou (figuras 3-22, 3-23 y 3-24). Técnicas de histoquímica La histoquímica es la aplicación de reacciones químicas y bioquímicas en la técnica histológica, con el fin de localizar y determinar de manera científica ciertas sustancias o su actividad. Las técnicas histoquímicas comprenden el conjunto de métodos empleados para la demostración de la naturaleza química de los componentes tisulares y celulares, a través 37Capítulo 3 La citología como una herramienta para el médico general Figura 3-22. Técnica de inmunohistoquímica en una BAAF de mama, conducto con marcador Herb-2/Neu: positivo (marcador de membrana celular). Figura 3-23. Técnica de inmunohistoquímica en una BAAF de mama con células malignas positivas para receptores de estró- genos (marcador nuclear). Figura 3-24. Técnica de inmunohistoquímica en una BAAF de mama con células malignas positivas para receptores de pro- gesterona (marcador nuclear). de reacciones químicas y bioquímicas con el fin de localizar y determinar ciertas sustancias o su actividad. Las tincio- nes más utilizadas en citología son: 1. PAS con y sin diastasa: mucopolisacáridos. 2. Tricrómico de Masson: colágeno. 3. Plata metenamina: hongos. 4. Reticulina: retículo. 5. Rojo Congo: amiloide. 6. Giemsa: parásitos. 7. Ziehl-Neelsen: bacilos alcoholácido-resistentes. 8. Gram: bacterias grampositivas y gramnegativas. 9. Mucicarmín: mucinas ácidas. 10. Grocott: microorganismos micóticos (figuras 3-25, 3-26, 3-27, 3-28 y 3-29). Figura 3-25. Técnica de histoquímica con tinción de mucicar- mín, se observa el fondo del espécimen de un carcinoma muci- noso. Técnicas moleculares Reacción en cadena de la polimerasa (PCR). La técnica se basa en la replicación del DNA en los organismos eucario- tas realizada por la DNA polimerasa. Estas enzimas reali- zan la síntesis de una cadena complementaria de DNA en el sentido 5´ → 3´ usando un molde de cadena sencilla, pero a partir de una región de doble cadena. Para crear esta región de doble cadena se usan los denominados ini- ciadores (polimerasa). Son una pareja de oligonucleótidos sintetizados de manera que sean complementarios a cada uno de los extremos 3´ del fragmento de DNA que se de- sea amplificar. A partir de este principio, la PCR se basa en la repeti- ción de un ciclo formado por tres etapas: Histología y biología celular38 a DNA/RNA celular, que en condiciones apropiadas forman híbridos estables. En general, la hibridación puede hacerse sobre soportes sólidos (filtros de nylon o nitrocelulosa), en solución (in vitro) o en cortes de tejido o preparaciones ce- lulares (in situ). Es factible utilizar sondas marcadas con elementos radiactivos, pero como se necesita protección y manipulación especiales, no son de elección para su uso rutinario. Las técnicas no isotópicas o colorimétricas son más rápidas y permiten una localización más precisa de la reacción. Las sondas marcadas sin elementos radiactivos son más estables y más baratas. La sensibilidad es igual o ligeramente inferior a la de los métodos isotópicos. Se han utilizado sondas marcadas con biotina y digoxigenina. La sensibilidad de la técnica depende de: 1. El efecto de la preparación del tejido sobre la reten- ción, accesibilidad de DNA celular blanco o AR. Figura 3-27. Técnica de histoquímica con tinción de PAS para seudohifas de Aspergillus. Figura 3-28. Técnica de histoquímica con tinción de Grocott para seudohifas de Aspergillus. Figura 3-29. Técnica de histoquímica con tinción de PAS para criptococo. Figura 3-26. Técnica de histoquímica con tinción de PAS para criptococo en líquido cefalorraquídeo. 1. Desnaturalización del DNA de doble cadena. 2. Hibridación de los iniciadores a la zona 3´ específica de cada una de las hebras. 3. Extensión del cebador por actuación de la DNA poli- merasa. Esta técnica es útil en el diagnóstico de: • Linfomas. • Sarcomas. • Detección de células tumorales circulantes y de en- fermedad mínima residual. Hibridación in situ por fluorescencia Es la hibridación de fragmentos marcados de DNA de una hebra o de RNA con secuencias complementarias (sondas) 39Capítulo 3 La citología como una herramienta para el médico general 2. Tipos de sondas, eficiencia de la marcación de la sonda y sensibilidad del método utilizado para la detección de la señal. 3. Efecto de las condiciones de hibridación in situ sobre la eficiencia de la hibridación. La hibridación in situ se utiliza primordialmente en la detección de bajo número de copias de virus, en par- ticular virus como agentes infecciosos (citomegalovirus [CMV]) y como agentes carcinógenos (virus del papilo- ma humano [HPV], virus de la hepatitis B [HBV], virus Epstein-Barr [EBV]). En la técnica de PCR-in situ se realiza primero una amplificación de DNA blanco y después una detección me- diante hibridación in situ convencional con sondas DNA/ RNA. De esta manera pueden detectarse cantidades pe- queñísimas de genoma viral. Resumen Al término de este capítulo es preciso reiterar que a fin de lograr que el procedimiento diagnóstico de la citopa- tología cumpla sus metas, deben efectuarse diagnósti- cos certeros, como también debe existir calidad en cada uno de los pasos del proceso. Lograr este cometido es- tará en las manos de todas las personas que participen en el mismo. American Association of Clinical and Clinical Endocrinolo- gist and Associazione Medici Endocrinology Task Force on Thyroid Nodules. Medical guidelines for clinical practice for the diagnosis and management of thyroid nodules. En- docrine Pract, 12:65-93, 2006. Arbyn M, Bergeron C, Klinkhamer P et al. Liquid compared with conventional cervical cytology. A systematic review and metaanalysis. 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Mientras tanto, el holandés Anton van Leeuwenhoek, un vendedor de botones y telas, en su tiempo libre construía lentes de gran calidad. van Leeuwenhoek fue el primero en observar células vivas, al colocar una gota de agua estancada bajo la lente del microscopio, llamó “animalículos” a los seres unicelulares que observó. También notó diferentes tipos de bacterias presentes en el agua resultante de remojar pi- mienta en el material raspado de sus dientes. Durante 50 años Leeuwenhoek mandó cartas a la Royal Society of Lon- don —la primera y más importante sociedad científica de Londres— para anunciar sus hallazgos; sin embargo, debido a las descripciones de sus observaciones y de sus hábitos, las cartas se tomaron con tal excepticismo que enviaron a Hooke para confirmar dichos descubrimientos. Leeuwenhoek se convirtió en una celebridad cuando Hooke confirmó los hallazgos del holandés a la Royal Society of London. Tiempo después, en 1838, Mattias Schleiden, un botá- nico alemán, concluyó que los tejidos vegetales estaban for- mados por células y que el embrión de una planta proviene de una sola célula. Un año más tarde, su colega, el zoólogo alemán, Theodor Schwann, observó que las células de las plantas y los animales son estructuralmente similares, con lo cual se formuló la “Teoría celular” y sus postulados: 1) todos los seres vivos están conformados por una o más células, 2) las células son la unidad estructural de los seres vivos. Posteriormente, en 1855, el fisiólogo alemán Rudolf Virchow agregó un postulado más a la teoría: 3) las células se originan por la división de una preexistente. Desde el origen de la Teoría celular hasta nuestros días se ha generado una gran cantidad de información acerca de las células, su estructura y funcionamiento, lo cual ha sido impulsado a la par del desarrollo de nuevas técnicas de microscopía y de biología molecular que permiten explorar nuevos horizontes dentro de la biología celular. Estructura y organización de las células La célula es la unidad estructural y funcional básica de todos los organismos. Tiene la capacidad de obtener y utilizar ener- gía, comunicarse con otras células, reaccionar ante estímu- los, crecer, reproducirse, morir y autorregularse. Lleva a cabo funciones específicas que se identifican con componentes es- tructurales y dominios determinados en ella. Las células que son similares entre sí o que se relacionan desde el punto de vista funcional o estructural se agrupan para formar tejidos. Para su estudio, la célula puede dividirse en dos com- partimentos principales: el citoplasma y el núcleo. Ambos tienen funciones distintas, pero actúan en conjunto para mantener la viabilidad celular. El núcleo contiene la mayor parte del material genético y las enzimas para su duplicación y transcripción. Por otro lado, el citoplasma contiene los or- ganelos y las inclusiones inmersos en un gel llamado matriz citoplásmica, la cual es rica en iones como el Na+, K+, Ca+ y moléculas orgánicas como metabolitos, carbohidratos, lípidos, proteínas y ácido ribonucleico (RNA). La concen- tración de estos elementos es controlada por las células con base en sus actividades metabólicas. La célula: su estructura y función CAPÍTULO 4 Vianey Rodríguez Lara Teresa I. Fortoul Histología y biología celular42 Los organelos celulares se pueden clasificar, con fi- nes didácticos, en: a) membranosos (con membranas que separan el medio interno del organelo del citoplasma cir- cundante) y no membranosos (que no están rodeados por membrana). Los membranosos incluyen a la membrana plasmática, el núcleo, el retículo endoplásmico rugoso y liso, el aparato de Golgi, los endosomas, los lisosomas, las vesículas de transporte, las mitocondrias y los peroxisomas. Los no membranosos son el nucleolo, el citoesqueleto, los centriolos, los ribosomas, los polirribosomas, los protea- somas y el centrosoma (figura 4-1). El cuadro 4-1 resume las características de cada uno de los organelos celulares y algunas enfermedades relacionadas con alteraciones en alguna de estas estructuras. Organelos. Estructura y función Organelos membranosos Membrana plasmática La membrana plasmática o plasmalema es una estructura muy dinámica que delimita a las células del medio que las rodea. Su espesor es tan pequeño (8 a 10 nm) que no puede ser apreciada mediante microscopía fotónica, de manera que por esta vía sólo se logra observar el límite de las células pero no a la membrana plasmática. Sin embargo, la microscopía electrónica de transmisión permite observar la estructura del plasmalema. El tetróxido de osmio que se emplea du- rante el procesamiento de los tejidos para observarlos me- diante un microscopio electrónico de transmisión, reacciona con los fosfolípidos de las membranas celulares, por lo que es posible distinguirlas como unaestructura electrondensa que delimita a la célula y los organelos membranosos. El desa- rrollo de la microscopía electrónica de transmisión permitió que Robertson en la década de 1950-1959 descubriera que la membrana se forma por dos láminas electrondensas se- paradas por una electronlúcida a lo que llamó unidad de membrana. Robertson observó que todas las membranas, ya sea plasmáticas o de los organelos de células animales y vegetales, presentaban la misma ultraestructura; con estas observaciones se inició un gran debate sobre la estructura y función de las membranas. Como ya se mencionó, la membrana plasmática es una estructura dinámica y cumple con una gran variedad de funciones vitales para las células, por ejemplo: a) Es una estructura que delimita, contiene y protege a las células. Cuadro 4-1. Características de los organelos celulares y algunas enfermedades relacionadas con alteraciones en ellos. Organelo Clasificación Componentes y características Función principal Ejemplo de patologías asociadas Membrana Membranoso Doble capa lipídica asimétrica (fosfolípidos y colesterol) con proteínas periféricas e integrales Glucocáliz Microdominios Especializaciones de mem- brana Contiene, limita y protege a la célula Compartamentaliza Comunicación celular Transporte de solutos Endocitosis Exocitosis Necrosis que cursa con la ruptura de las membranas plasmática y de organelos Fibrosis quística Núcleo Membranoso Doble membrana Cisterna perinuclear Poros nucleares Nucleoesqueleto Cromatina (heterocromati- na/eucromatina) Maquinaria proteica para la duplicación y transcripción Nucleoplasma Duplicación y transcripción del DNA Alteraciones durante la duplicación del DNA en protooncogenes o genes supresores de tumores pueden conducir a cáncer Alteraciones en el nucleoesqueleto resultan en progerias y distrofias musculares Cromatina Microfilamento Mitocondria Membrana plasmática Microtúbulo Centrosoma y centriolos Lisosoma Retículo endoplásmico liso Vesícula secretora Peroxisoma Vacuola Citoplasma Vesícula de Golgi Aparato de Golgi Nucleolo Núcleo Retículo endoplásmico rugoso Ribosomas Filamento intermedio Figura 4-1. Estructura de la célula eucarionte. El esquema muestra los componentes y la estructura de las células animales. 43Capítulo 4 La célula: su estructura y función Cuadro 4-1. Características de los organelos celulares y algunas enfermedades relacionadas con alteraciones en ellos. Organelo Clasificación Componentes y características Función principal Ejemplo de patologías asociadas Nucleolo No membranoso Componente fibrilar denso Componente granuloso Centro fibrilar Síntesis de rRNA y ensamble de ribosomas Presenta proteínas involucradas en la regulación de genes supre- sores de tumores y oncogenes, del control del ciclo celular, de reparación del DNA y de señales de estrés, por lo cual está invo- lucrado en estos procesos Debido a su papel en la biogénesis de los ribosomas y con ello en la prolife- ración su funcionamiento alterado se relaciona con cáncer Las células cancerosas presentan nucleolos numerosos y de gran tamaño. Retículo endoplásmico rugoso (RER) Membranoso Sacos aplanados interco- nectados con ribosomas adosados a su superficie Síntesis y plegamiento de proteínas de exportación y de proteínas de membrana Síntesis de lípidos de membrana Estudios recientes sugieren la relación entre alteraciones en el RER y la diabetes La glucosa alta en sangre y los ácidos grasos saturados interfieren con la función del RER que resulta en alte- raciones en la síntesis, plegamiento y procesamiento de la proinsulina en las células β del páncreas. El estrés crónico del RER genera señales proapoptóticas, induce estrés oxi- dante e inicia la apoptosis por la vía mitocondrial; consecuentemente las células β pancreáticas mueren Ribosomas Membranoso rRNA y proteínas riboso- males Dos subunidades (40S y 60S) Síntesis de proteínas que no se exportan Enfermedades genéticas, algunas letales, que implican haploinsu- ficiencia y/o pérdida parcial de la expresión proteica. Muchas comparten características clínicas como baja estatura, retraso mental, anormalidades en articulaciones, anemia y predisposición al cáncer (p. ej., síndrome de Treacher-Collins, síndrome de Bowen Conradi, neurofi- bromatosis tipo 1) Alteraciones en la biogénesis de ribosomas se asocian con cáncer debido a su participación en el ciclo celular, la proliferación y el creci- miento celular. Retículo endoplásmico liso (REL) Membranoso Sacos aplanados interco- nectados sin ribosomas adosados a su superficie Detoxificación y conjugación de sustancias nocivas Metabolismo del glucógeno Síntesis de lípidos de membrana Síndrome de Crigler-Najjar, aparece por un déficit en la conjugación de la bilirrubina debido a la deficiencia par- cial o total de la enzima UDPG-trans- ferasa encontrada en el REL, como consecuencia se observa hipertrofia e hiperplasia de este organelo Aparato de Golgi Membranoso Sistema de cisternas mem- branosas con tres zonas: Cara Cis Cara Media Cara Trans Vesículas de transporte con cubierta Proteínas de cubierta: COP-1, COP-2, clatrina Modificación postraduccional, clasificación y empaquetado de proteínas de exportación y membrana Modificación de lípidos Distrofia muscular de Duchenne donde la distrofina no se expresa y dirige a una organización aberrante del aparato de Golgi. Enfermedad de Wilson, caracterizada por mutaciones en la proteína ATP7B que se localiza en la red trans-Golgi y es esencial para el metabolismo del cobre. Las mutaciones en esta pro- teína resultan en alteraciones en su localización y transporte a través del Golgi y en una acumulación anormal de cobre en hepatocitos (continúa) Histología y biología celular44 Cuadro 4-1. Características de los organelos celulares y algunas enfermedades relacionadas con alteraciones en ellos (continuación). Organelo Clasificación Componentes y características Función principal Ejemplo de patologías asociadas Lisosoma Membranoso Membrana con ácido liso bifosfatídico y proteínas glucosiladas en la superficie luminal Bomba de protones Enzimas hidrolíticas Proteínas transportadoras Digestión de material celular y extracelular Enfermedades por acúmulo liso- sómico Mitocondria Membranoso Doble membrana Espacio intermembranal Matriz DNA circular Maquinaria proteica para generar ATP Síntesis de ATP Regulación de apoptosis Enfermedades neurodegenerati- vas (p. ej., Alzheimer, Parkinson y Huntington) se asocian con altera- ciones en el funcionamiento de las mitocondrias En las neuronas de pacientes con enfermedad de Alzheimer se observa una cantidad reducida de mitocondrias y deficiencia de la citocromo oxidasa c, que dirige a un incremento en la producción de ROS y reducción en la producción de energía Peroxisomas o microcuerpos Membranoso Contienen enzimas oxidati- vas, p. ej., D-aminooxidasas Enzimas antioxidantes, p. ej., catalasa Presentan un cristal de urato oxidasa Detoxificación celular β oxidación de los ácidos grasos Síntesis de plasmalógenos, acetilcoenzima A y H2O2 Síndrome de Zellweger caracteriza- da por la deficiencia en la biogénesis de peroxisomas Proteasoma No membranoso Un centro compuesto por una subunidad 20s y dos unidades reguladoras 19s Degradación de proteínas mal plegadas o dañadas y aquellas cuya función sea temporal y su inactivación implique su degradación. Señal para la degradación: ubiquitinación Diversos desórdenes neurológicos se han asociado con la disfunción del proteasoma. Así, por ejemplo, en la enfermedad de Alzheimer, las placas de β amiloide se desarrollan por el procesamiento de un precursor del amiloide, el cual es regulado positivamente por la presenilina PS1 y PS2, las cuales son sustrato del proteasoma. Citoesqueleto No membranoso Microfilamentos Filamentos intermedios Microtúbulos Proteínas asociadas Proteínasmotoras Estructura y sostén Transporte al interior de la célula Movimiento celular y cambio de forma durante la diferenciación Segregación de cromosomas y citocinesis Mantenimiento de las uniones celulares Transcripción de señales Cáncer Epidermólisis bullosa Centrosoma No membranoso Un par de centriolos Matriz pericentriolar Sitio de anclaje de microtúbulos en una célula en interfase Forma los polos del huso en una célula en división Aneuploidías que resultan en cáncer 45Capítulo 4 La célula: su estructura y función b) Las membranas en general forman compartimien- tos dentro de la célula para delimitar y organizar funciones, lo que se conoce como compartamenta- lización. c) Es una barrera con permeabilidad selectiva, ya que evita el intercambio inespecífico de iones entre la cé- lula y su entorno. Favorece un equilibrio iónico que permite a la célula vivir y realizar diversas funciones. Determina la composición diferencial entre el citosol y el medio extracelular. d) A través de ella, se lleva a cabo el transporte de solutos, ya que tienen toda la maquinaria proteica en forma de bombas, canales, poros y vesículas, para permitir el paso de sustancias al interior y al exterior de la célula. e) Es un medio de comunicación, la membrana plasmá- tica posee receptores que al reconocer ligandos espe- cíficos desencadena la activación de cascadas de seña- lización que le permiten a las células responder ante un estímulo. f) Permite la interacción celular mediante las uniones célula-célula que mantiene a través de proteínas como ocludinas, conexinas y cadherinas, entre otras. g) Permite la localización de ciertas proteínas importan- tes en sitios específicos, ya que mediante la formación de balsas lipídicas localiza receptores en el dominio apical de las células, proteínas de unión en el dominio lateral, y bombas y canales en el basal y apical. Composición y estructura Todas las membranas biológicas están constituidas por proteínas y lípidos. Los lípidos se encuentran formando una bicapa lipídica que determina la estructura básica de las membranas y las proteínas que se encuentran embebi- das en la bicapa, son las responsables de la mayoría de las funciones de las membranas, actuando como receptores específicos, enzimas, proteínas de transporte, entre otras. Esta interpretación de la estructura y composición de las membranas sigue el modelo del mosaico fluido modifi- cado (figura 4-2A). El componente lipídico de las membranas consiste en fosfolípidos, colesterol y glucolípidos, todos son molécu- las anfipáticas, lo cual quiere decir que una parte de su es- tructura es hidrofóbica y otra hidrof ílica (por su estructura pueden tener contacto con el agua o no). Los fosfolípidos son los componentes lipídicos más abundantes, están for- mados por dos colas de ácidos grasos unidos a una cabeza de glicerol y un grupo fosfato. Se han descrito cuatro tipos de fosfolípidos según el grupo nitrogenado que posean, coli- na, serina, etanolamina, esfingomielina e inositol, en estos casos los fosfolípidos que se forman son fosfatidilserina, fosfatidilcolina, etc. Debido a la característica anfipática de los fosfolípidos, en un medio líquido como el extracelular se arreglan en una bicapa lipídica, con las colas de ácidos grasos encontradas al interior de la bicapa y el glicerol y el grupo fosfato que forman la parte hidrof ílica al exterior de la bicapa. Las moléculas de colesterol se insertan entre los fosfolípidos y confieren cierta dureza y estructura a las membranas celulares, además es muy importante en la for- mación de las balsas lipídicas. Por otro lado, algunos lípidos se asocian con carbohidratos formando los glucolípidos. La composición lipídica de las monocapas interna y externa son diferentes, reflejando las diferentes funciones de las dos caras de la membrana celular. Por otro lado, en la mayor parte de las membranas celulares el componente proteico constituye cerca de 50% de la masa total de las membranas. Sin embargo, estos Figura 4-2. Membrana plasmática. A) Esquema de la membrana plasmática. Se representa el modelo del Mosaico fluido de Singer y Nicolson. La membrana plasmática se compone por una bicapa lipídica formada principalmente por fosfolípidos, colesterol, proteínas integrales y periféricas, además glucolípidos y glucoproteínas que en conjunto forman el glucocáliz. B) Corte histológico de intestino delgado. Se observa en el dominio apical una zona delineada en color magenta señalada con puntas de flecha que corresponde al gluco- cáliz, dado que está formado por glucoproteínas y glucolípidos, se tiñe intensamente con la tinción de ácido peryódico de Schiff (PAS). B Proteína periférica Hélice a hidrofóbica Proteínas integrales Colesterol Fosfolípido Glucolípido Glucoproteínas Oligosacárido A Histología y biología celular46 porcentajes pueden variar dependiendo de la función de la membrana. Así, por ejemplo, en las vainas de mielina, sólo 25% de la masa total corresponde a proteínas, en tanto que las membranas de las mitocondrias presentan hasta 75% de proteínas de su masa total. Las proteínas se pueden asociar con la bicapa lipídica de diferentes for- mas: a) proteínas transmembranales de paso único o de paso múltiple, son proteínas que atraviesan la membrana plasmática una vez, a las que se les llama de paso único (p. ej., las bombas y los canales), o que su estructura atra- viesa varias veces la membrana, éstas reciben el nombre de multipaso (p. ej., algunos receptores) o b) proteínas pe- riféricas, que se encuentran asociadas con una capa de la bicapa lipídica (figura 4-2A). Muchas proteínas de mem- brana están glucosiladas, las cadenas de oligosacáridos siempre se hallan en el lado no citosólico de las membra- nas, formando al glucocáliz, el cual desempeña un papel importante en el reconocimiento y comunicación celular (figura 4-2B). Debido a que hay diferencia en la composición lipídica y proteica en la monocapa interna y externa de la bicapa lipídica, la membrana plasmática es asimétrica. Transporte a través de la membrana plasmática La mayor parte de las funciones de la membrana plasmá- tica se llevan a cabo por las proteínas. El transporte de sustancias a través de la membrana es un ejemplo de ello. En este sentido, existen dos procesos mediante los cuales las sustancias atraviesan la membrana plasmática: a) la difusión simple es un proceso que no requiere energía, por ello también se le llama transporte pasivo; debido a las características fisicoquímicas de las sustancias, éstas pueden atravesar la membrana sin necesitar una proteína transportadora. Algunos ejemplos de sustancias o mo- léculas que atraviesan la membrana por difusión simple son las moléculas pequeñas, sin carga y liposolubes como el benceno, el O2 y las hormonas esteroides; b) transpor- te mediado por proteínas de membrana; en este caso, hay dos tipos de proteínas que lo llevan a cabo: proteínas transportadoras o bombas que transfieren moléculas pe- queñas e hidrosolubles, son proteínas muy selectivas que pueden dejar pasar iones en un sentido o en ambos, al reconocer a la molécula a cargo sufren un cambio de conformación para liberarla del otro lado de la membra- na. Algunas proteínas transportadoras como la bomba Na+/K+ necesitan energía para impulsar el transporte ac- tivo, ya que los iones que transportan van en contra de su gradiente electroquímico y de concentración. Las proteí- nas canal son el segundo tipo de proteínas que participan en el transporte a través de la membrana, también trans- portan moléculas pequeñas e hidrosolubles pero siempre a favor de un gradiente electroquímico y de concentra- ción, por ello no requieren energía para el transporte. Las proteínas canal forman un poro o un canal hidrof ílico a través de la membrana por el cual pasan iones, estos ca- nales son selectivos y hay varios tipos: canales iónicos ac- tivados por voltaje, canales iónicos activados por ligando,canales iónicos de compuerta mecánica. Transporte vesicular Otro tipo de transporte que se lleva a cabo a través de la membrana es el transporte vesicular, moléculas más grandes o incluso fragmentos celulares o células completas pueden entrar a las células mediante endocitocis y sus variantes: pinocitocis y fagocitosis. También pueden salir de la célula metabolitos, desechos o algunos receptores para integrarse a la membrana por un proceso denominado exocitosis. Es- tos mecanismos involucran la deformación de la membrana mediante el rearreglo del citoesqueleto, la formación de vesículas y la internalización del material, en el caso de la endocitosis, o la fusión de las vesículas que vienen de Golgi y de endosomas con la membrana plasmática y la salida de material, en la exocitosis. Núcleo celular Es el organelo más grande de las células eucariontes, pue- de observarse con facilidad mediante un microscopio ópti- co en una célula en interfase. Por lo general es esférico y de localización central; sin embargo, su forma, localización, número y contenido de material genético depende del tipo celular. Por ejemplo, en cuanto a su forma se observa el núcleo ahusado en las células musculares o en los fibro- blastos, bilobulado en los eosinófilos y multilobulado en los neutrófilos (figura 4-3). En cuanto al número: binucleados Figura 4-3. Formas nucleares. El núcleo puede adoptar dife- rentes formas en cada tipo celular, en los linfocitos es redondo y prominente (A), en los neutrófilos (B) multilobulado, en los eosi- nófilos el núcleo es bilobulado o con forma de alforja (C) y en los fibroblastos ahusado (D). BA C D 47Capítulo 4 La célula: su estructura y función en el caso de algunos hepatocitos, o sin núcleo en el caso de los eritrocitos. En condiciones de inflamación, los ma- crófagos pueden fusionarse y formar una célula gigante o de reacción a cuerpo extraño que presenta varios núcleos (figura 4-4). El núcleo almacena la mayor parte del material ge- nético (otra parte se encuentra en las mitocondrias), es el sitio donde se duplica (formación de DNA a partir de DNA) y se transcribe (formación de RNA a partir de un molde de DNA); por lo tanto, además del DNA también contienen toda la maquinaria proteica necesaria para estos procesos. En general el núcleo de una célula que no se está divi- diendo recibe el nombre de interfásica y está formado por cuatro componentes principales: a) la envoltura nuclear; b) la cromatina, que es la forma en la que se encuentra el DNA de la célula en interfase; c) el nucleoplasma, donde se encuentran dispersos gránulos de intercromatina, peri- cromatina, ribonucleoproteínas y proteínas del nucleoes- queleto que organizan diversos componentes al interior del núcleo, y d) el nucleolo, en el cual se lleva a cabo la síntesis del RNA ribosomal (rRNA) y ensamble de los ri- bosomas. Envoltura nuclear La envoltura nuclear está constituida por una doble mem- brana que forma una barrera entre el citoplasma y el nú- cleo, es selectivamente permeable, encierra al material ge- nético y delimita el compartimiento nuclear. Está formada por dos membranas nucleares, una interna y una externa. La membrana nuclear interna se asocia con componentes del nucleoesqueleto, la lámina nuclear que está compuesta por láminas nucleares tipo AC, B1 y B2, que en conjunto dan sostén a la envoltura nuclear, permiten el anclaje de las proteínas a la envoltura nuclear y anclan a la cromatina a la envoltura nuclear interna (figura 4-5B). Por otra parte, la membrana nuclear externa se conti- núa con el retículo endoplásmico rugoso, por lo que se ado- san a ella ribosomas, además ancla filamentos de vimentina los cuales se asocian con el nucleoesqueleto y permiten un continuo entre el citoesqueleto y el nucleoesqueleto para equilibrar las fuerzas tanto de presión como de tensión y evitar que el núcleo se deforme y se rompa. Complejo del poro nuclear Ambas membranas se separan por un espacio llamado cis- terna perinuclear. Las membranas nucleares se perforan a ambos lados por proteínas que forman los complejos del poro nuclear (orificios de 100-125 nm de diámetro) que median el transporte activo de proteínas, ribonucleopro- teínas, y RNA entre el núcleo y el citoplasma. Estos poros nucleares pueden verse con el microscopio electrónico de transmisión como interrupciones de la envoltura nuclear. Se componen por tres unidades superpuestas parecidas a anillos, que muestran simetría de ocho pliegues cada una y que se interconectan por una serie de rayos dispuestos en forma vertical. Además, el complejo del poro nuclear está formado por un anillo citoplásmico con fibras citoplás- micas, un anillo medio, un transportador y una canastilla nuclear. El anillo citoplásmico se encuentra en la superficie citoplásmica del poro nuclear, está compuesto por ocho subunidades, cada una asociada con una fibra filamentosa que une a Ran-GTP, una proteína necesaria para el trans- porte nuclear. Las fibras filamentosas ayudan a fijar la mo- lécula a transportar y la dirigen a la entrada del poro. El anillo de rayos luminales o anillo medio se constituye por ocho proteínas que proyectan hacia la luz del poro y a la cisterna perinuclear, estas proteínas ayudan a dar estructu- ra al poro y a sujetar a las proteínas del anillo citoplásmico. El transportador está en el centro del poro y su estructura parece un reloj de arena, o un tapón. Algunos autores su- gieren que el transportador es en realidad material que está pasando a través del complejo del poro. El anillo nuclear se halla en el borde de la cara nucleoplásmica, es análogo al anillo citoplásmico que favorece la salida de RNA. La ca- nastilla nuclear una estructura que parece estar suspendida del anillo nuclear y se deforma al paso de moléculas hacia el núcleo (figura 4-5B). Diversas proteínas que se forman en el citoplasma —como las histonas y las láminas nucleares— deben ser Figura 4-4. Diversidad en número de núcleos. Existe variedad en cuanto al número de núcleos que puede presentar una célu- la; por ejemplo, los eritrocitos son células anucleadas (A), las neuronas presentan un solo núcleo (B), es frecuente encontrar hepatocitos binucleados (C), pero las células gigantes o de reac- ción a cuerpo extraño presentan un gran número de núcleos, ya que se forman por la fusión de varios macrófagos (D). BA C D Histología y biología celular48 transportadas al núcleo de igual forma el RNA y las subuni- dades ribosómicas deben ser dirigidos al citoplasma para la traducción, este proceso requiere energía y se lleva a cabo a través del complejo del poro nuclear. Las proteínas que se transportan hacia el núcleo poseen una secuencia de localización nuclear (NLS, del inglés nuclear localization sequence), mediante la cual un receptor citosólico de im- portación nuclear llamado importina, las reconoce y dirige hacia el complejo del poro nuclear, desde donde son trans- portadas activamente en un proceso que requiere trifosfato de guanosina (GTP). Las macromoléculas que se dirigen del núcleo al citoplasma de forma similar son reconocidas por exportinas. Nucleoplasma El nucleoplasma es el material que se integra por gránulos de intercromatina y pericromatina, ribonucleopartículas (RNP) y matriz nuclear. Los gránulos de intercromatina con- tienen ribonucleoproteínas y enzimas como la trifosfatasa de adenosina, trifosfatasa de guanosina, β-glicerofosfatasa y pi- rofosfatasa de dinucleótido de nicotidamina adenina (NAD). Se localizan en racimos entre la cromatina. Los gránulos de pericromatina se sitúan en los bordes de heterocromatina; estas partículas electrondensas están rodeadas por un halo menos denso de 25 nm. Se componen de fibras de ribonu- cleoproteínas nucleares heterogéneas (hnRNP). Las ribo- nucleoproteínas nucleares pequeñas (snRNP) se encuen- tran en todo el núcleo, pero algunas se limitan al nucleolo e intervienen en el empalme, segmentación y transporte de las hnRNP.La matriz nuclear o nucleoesqueleto es una malla fi- brosa que estructura al núcleo y organiza sus componentes al interior (figura 4-5B). Está formada por láminas nuclea- res como las que forman una red que se asocia con la envol- E E H H Nu Figura 4-5. Estructura del núcleo. A) Se muestra la ultraes- tructura del núcleo de un linfocito, donde se aprecia la distribu- ción de la heterocromatina y la eucromatina, también se aprecia el nucleolo. B) Se esquematiza la estructura del núcleo, señalán- dose la membrana nuclear interna (MNI), la membrana nuclear externa (MNE), la cual se continúa con la del RER, los poros nu- cleares, los tipos de cromatina, el nucleolo y el nucleoesqueleto debajo de la membrana nuclear interna y en el nucleoplasma. C) En los hepatocitos teñidos con H-E, la hematoxilina hace evidente la heterocromatina y el nucleolo prominente de estas células. A Eucromatina Espacio perinuclear Membrana externa Membrana interna Retículoendoplásmico liso Ribosomas Complejo del polo nuclear Lámina nuclear Nucleolo Heterocromatina Retículo endoplásmico rugoso B Núcleo Heterocromatina Nucleolo CC 49Capítulo 4 La célula: su estructura y función tura nuclear interna, pero éstas se encuentran dispersas en el nucleoplasma; también la actina nuclear forma parte de esta matriz y otras proteínas estructurales. La matriz nu- clear es análoga al citoesqueleto, forma una estructura de sostén para los elementos del núcleo, organiza al DNA y la maquinaria para la duplicación y transcripción, forma ca- rriles para que el RNA sintetizado pueda dirigirse al com- plejo del poro nuclear y se exporte, las láminas nucleares además organizan a la cromatina y la fijan a la envoltura nuclear formando la heterocromatina (figura 4-5B). Cromatina La cromatina es el material basof ílico que se aprecia en el núcleo de una célula interfásica (que no está dividiéndose), está conformado por DNA y proteínas asociadas con éste, como histonas y proteínas no histonas. En un núcleo interfá- sico es posible distinguir dos formas en las cuales se organiza la cromatina: a) heterocromatina que se observa median- te microscopia de luz en cúmulos densos en la periferia nuclear y que se tiñe intensamente con hematoxilina (figu- ra 4-5C), Feulgen y otros colorantes básicos, es la forma de cromatina transcripcionalmente inactiva; esta cromatina también puede apreciarse mediante microscopía electró- nica de transmisión (figura 4-5A) o b) eucromatina, es la cromatina dispersa en el nucleoplasma poco condensada y transcripcionalmente activa. Este tipo de cromatina no se aprecia con la microscopía fotónica pero sí con la micros- copía electrónica de transmisión (figura 4-5A). La heterocromatina se divide en dos clases: la cons- titutiva y la facultativa. La heterocromatina constitutiva permanece en el estado condensado en todas las células y durante todo su ciclo de vida; por tanto, representa al DNA silenciado de manera permanente. Esta cromatina contiene principalmente secuencias repetitivas de DNA no codifi- cante y algunos pocos genes; este DNA tiene una función estructural y de protección y se encuentra en los centróme- ros, telómeros y algunos otros sitios como la parte distal del cromosoma Y. A diferencia de la heterocromatina constitutiva, la heterocromatina facultativa es una cromatina que se inactiva de manera específica durante ciertas fases de la vida de un organismo o en células específicas. Un ejemplo de heterocromatina facultativa es el corpúsculo de Barr que se observa en el núcleo de las células de los mamíferos hembra, mismo que corresponde a uno de los cromoso- mas sexuales X que se encuentra como heterocromatina y transcripcionalmente silenciado; esto se debe a que las hembras tienen una copia igual de los genes en el cromo- soma X restante. Sin embargo, la heterocromatina facul- tativa —a diferencia de la constitutiva— puede activarse transcripcionalmente. La eucromatina, por otra parte, es la cromatina trans- cripcionalmente activa. Cuando se observa la eucromatina mediante microscopía electrónica de transmisión se apre- cia que está compuesta por filamentos de 30 nm de grosor; si se desenrollaran estos filamentos se formarían filamentos de 11 nm de grosor parecidos a un collar de cuentas, las cuentas del ejemplo corresponderían a los nucleosomas, los cuales son el primer nivel de organización del DNA. Cada nucleosoma está formado por un octámero de histo- nas de tipo H2A, H2B, H3 y H1 (dos histonas de cada tipo se asocian para formar el octámero). El DNA rodea dos ve- ces este octámero, entre octámero y octámero de histonas hay DNA de enlace, el espacio entre cada nucleosoma es de 200 pb. El nucleosoma es la forma de organización más simple del DNA en un núcleo interfásico y es la forma en la que el DNA organiza para duplicarse y transcribirse. Nucleolo El nucleolo, es la estructura más evidente que se puede de- tectar en el núcleo de una célula en interfase cuando se ob- serva en el microscopio óptico (figura 4-5A, B). El nucleolo es el sitio donde se lleva a cabo la síntesis y procesamien- to del pre-rRNA, así como el ensamble de las subunidades ribosomales. Es una estructura no membranosa formada por la agregación de proteínas (ribonucleoproteínas nucleo- lares pequeñas [snoRNP] involucradas en el procesamiento del pre-rRNA), genes (tanto rDNA como pre-rRNA y rRNA maduro) y subunidades ribosomales (maduras y parcial- mente ensambladas). La organización del nucleolo se regu- la por sitios localizados en los cromosomas 13, 14, 15, 21 y 22 llamados organizadores nucleolares. En el nucleolo se distinguen tres zonas cuando se ob- serva mediante microscopía electrónica de transmisión: a) el centro fibrilar, b) el componente fibrilar denso y c) el componente granular; en cada una de estas zonas se organi- zan los eventos que conllevan a la síntesis de rRNA y el en- samble de los ribosomas. El centro fibrilar contiene asas de DNA de los cromosomas 13, 14, 15, 21, 22, genes de rRNA, RNA polimerasa I y factores de transcripción. El material fibrilar denso contiene genes ribosómicos en proceso de transcripción y grandes cantidades de rRNA. Por otra par- te, el material granular contiene partículas prerribosómicas ya que es el sitio donde inicia el proceso de armado de las subunidades ribosómicas. La RNA polimerasa I inicia la transcripción del rRNA; posteriormente se llevan a cabo modificaciones adicionales por los snoRNA; seguido a ello, las subunidades de rRNA se arman mediante proteínas ri- bosómicas en subunidades prerribosomales, las cuales se exportan desde el núcleo a través de los poros nucleares para completar su armado final en el citoplasma, donde se convierten en ribosomas maduros. Las características del nucleolo son muy importantes desde el punto de vista diagnóstico dado que incrementa en tamaño y en número en células con gran actividad transcrip- cional como las células transformadas. De igual forma, otras características del núcleo también evidencian a una célula cancerosa; por ejemplo, estas células muestran, además Histología y biología celular50 de alteraciones en el nucleolo, un núcleo con alteraciones morfológicas e incremento en su tamaño y número, así como cambios en la estructura y distribución de la cromatina. El núcleo, sin embargo, no es sólo un indicador de la actividad transcripcional de la célula, sino también del mal funciona- miento que resulta en la muerte celular por necrosis o apop- tosis. Retículo endoplásmico (RE) El retículo endoplásmico (RE) es un organelo presente en todas las células eucariotas y se divide en dos componentes: el retículo endoplásmico liso (REL) y el retículo endoplás- mico rugoso (RER). Ambos forman una red laberíntica de túbulos ramificados y de sáculos aplanados que se extien- den por todo el citoplasma. Los túbulos y los sáculos están interconectados, de modo que la membrana del RE forma una lámina continua que define un único espacio interno.En consecuencia, el líquido citoplasmático está contenido dentro de dos compartimientos: el que se encuentra den- tro de las membranas del RE, denominado espacio lumi- nal o cisternal, y la región situada por fuera de las mem- branas, que es el espacio citosólico (figura 4-6A). Los diferentes tipos de células en el organismo ten- drán cantidades variables de RE, lo cual depende de su fun- ción. Por ejemplo, células encargadas de secretar proteínas —como las células acinares del páncreas o las células plas- máticas del sistema inmune— tendrán un abundante RER; por otro lado, las células hepáticas —que entre sus múltiples funciones se encargan de detoxificar sustancias tóxicas— y las células de Leydig del testículo —encargadas de pro- ducir hormonas esteroides— tendrán una gran cantidad de REL. Retículo endoplásmico liso (REL) El REL es un sistema de túbulos ramificados e interconec- tados, así como pequeñas vesículas esféricas. Recibe su nombre debido a que no posee ribosomas adheridos a sus paredes a diferencia del RER. Sus cisternas son típicamente tubulares y forman un sistema de tuberías que se incurvan en el citoplasma (figura 4-6A). Las funciones del REL son: 1) la síntesis de hormonas esteroides; 2) la detoxificación hepática de compuestos or- gánicos (p. ej., barbitúricos y etanol), gracias a un sistema de enzimas que transfieren oxígeno (oxigenasas), incluida la familia del citocromo P-450; 3) la liberación de glucosa a partir de la glucosa 6-fosfato en los hepatocitos; 4) el se- cuestro de iones de calcio (Ca2+) dentro del espacio cister- nal, especialmente en las células del músculo esquelético en donde se conoce como retículo sarcoplásmico (la libe- ración de Ca2+ del interior de las cisternas inicia la contrac- ción), y 5) ya que en el REL se sintetizan lípidos presentes en la membrana celular y la membrana de otros organelos, éste contribuye a su renovación. Retículo endoplásmico rugoso (RER) El RER se encuentra en mayor proporción, como ya se men- cionó, en células cuya función principal es la producción de proteínas, como las células plasmáticas, las células de los acinos pancreáticos, entre otras, en donde el RER se tiñe intensamente con los colorantes básicos (figura 4-6C). Esta región celular que exhibe basofilia se denomina ergasto- plasma y es la imagen que ofrece la microscopía óptica del RER. El RER en otros tipos celulares recibe el nombre par- ticular de cuerpos de Nissl en las neuronas (figura 4-6B). La diferencia morfológica entre el RER y REL consiste en la presencia de ribosomas unidos a la membrana del pri- mero y ausencia de los mismos en el segundo; esta diferen- cia le da la característica tintorial a dicho organelo. El RER continúa con la membrana externa de la en- voltura nuclear, la cual también contiene ribosomas en su superficie citosólica. El RER aparece como un organelo membranoso extenso compuesto principalmente de sacos aplanados (cisternas) separados por un espacio citosólico. Su membrana proporciona una gran superficie sobre la cual se pueden fijar cerca de 13 millones de ribosomas por célula (figura 4-6A, D). Este organelo es el punto inicial de la vía biosintética y el responsable de la producción de las proteí- nas no citosólicas, cadenas de carbohidratos y fosfolípidos. Las proteínas se pueden sintetizar en dos sitios dife- rentes de la célula: 1. En ribosomas unidos a la superficie citosólica de las mem- branas del RER. Entre las que se encuentran: a) proteí- nas que serán secretadas por la célula; b) proteínas inte- grales de membrana, y c) proteínas de ciertos organelos (p. ej., aparato de Golgi, lisosomas y endosomas). 2. En ribosomas “libres” o polirribosomas, esta clase incluye: a) proteínas destinadas a permanecer en el citosol (p. ej., enzimas de la glucólisis y proteínas del citoesqueleto); b) proteínas periféricas de la superficie interna de la membrana plasmática (p. ej., espectrinas y anquirinas); c) proteínas transportadas al núcleo, y d) proteínas que se incorporan en los peroxisomas y mitocondrias. El que la proteína sea sintetizada en uno u otro sitio depende de la secuencia de aminoácidos en la porción N-terminal del polipéptido, que es la primera que surge del ribosoma durante la síntesis proteica y es conocida como péptido señal (secuencia de señal). Además en el RER existen, entre otras, tres proteínas in- tegrales de importancia: a) la proteína de reconocimiento de señal (proteína de acoplamiento); b) la proteína re- ceptora de ribosoma (riboforina I y II) y c) la proteína de poro. Gracias a este complejo sistema se lleva a cabo la sín- tesis de proteínas en el RER de la siguiente manera: 1. Después de que un ribosoma situado en el espacio ci- tosólico lee el codón de inicio (AUG) del mRNA, se sintetiza la secuencia señal, la cual es reconocida por la 51Capítulo 4 La célula: su estructura y función proteína de reconocimiento de señal (PRS), esta última se enlaza con la subunidad P del ribosoma deteniendo la síntesis. 2. Al detenerse la traducción, el complejo PRS-riboso- ma-proteína se une a una riboforina localizada en la superficie citoplásmica de la membrana del RER y co- mienza el ensamblaje de la proteína de poro. 3. La PRS se libera de la secuencia señal y la traducción continúa, pero ahora estando adosado el ribosoma a la membrana del RER, permite la translocación de la proteína naciente hacia el interior de la cisterna. 4. Al ingresar la cadena peptídica al espacio luminal del RER, la secuencia señal es eliminada por la peptidasa de señal. 5. Diferentes enzimas dentro de la cisterna realizan mo- dificaciones postraduccionales (p. ej. glucosilación, sulfatación). Lo cual permite que la proteína cambie su estructura de una forma primaria, plegándose, hasta una forma cuaternaria. 6. Por último, el codón de paro es leído por la unidad ri- bosomal, lo que detiene la traducción. Dentro del RER existen varias enzimas encargadas de garantizar que las proteínas recién sintetizadas sean mo- dificadas de manera adecuada para alcanzar su estructura funcional terciaria y cuaternaria; eliminando a las proteínas mal plegadas o ensambladas lo cual constituye un sistema de control de calidad. Las proteínas que son sintetizadas por este organelo serán modificadas a glucoproteínas y tendrán varias fun- ciones, entre ellas ser proteínas integrales de membrana, enzimas lisosómicas o proteínas de secreción. Membrana nuclear externa Membrana nuclear interna Cisternas Membrana Ribosomas Lumen CYP P450 Retículo endoplasmático rugoso Retículo endoplasmático liso Núcleo Ca2+ Núcleo Ergastoplasma Acidofilia Basofilia C Figura 4-6. A) Estructura y tipos de retículo endoplásmico. Se observan los dos tipos de retículo endoplásmico. El retículo endoplás- mico rugoso (RER) presenta ribosomas y se continúa con la envoltura nuclear, ahí se sintetizan las proteínas. El retículo endoplásmico liso (REL) carece de ribosomas, contiene enzimas para detoxificar como P450 y es un reservorio de calcio. B) La presencia de ácidos ribonucleicos permite que con tinciones especiales como la de Nissl se aprecien estas estructuras en el citoplasma de células como las neuronas, donde el RER también se llama “cuerpo de Nissl”; se marcan con flechas. C) La intensa basofilia citoplásmica que caracteriza a células con una gran cantidad de RER se observa en las células de los acinos pancreáticos. Se indica con líneas punteadas cada una de las células que en conjunto forman un acino pancreático y en cada célula se muestra una zona morada en el citoplasma (zona de ba- sofilia) que corresponde al RER (también llamado ergastoplasma) en las células pancreáticas. Note que esa zona de basofilia se ubica cercana al núcleo. D) Electronmicrografía donde se señala el RER (flechas), el cual se muestra como sistema de sacos con ribosomas adosados a su membrana. A B DC Histología y biología celular52 La superficie del borde apical de las cisternas del RER está desprovistade ribosomas, estableciendo regiones conocidas como elementos de transición, encargados de formar el primer grupo de vesículas de transporte en la vía biosintética, las cuales son dirigidas hacia el aparato de Golgi. Esas vesículas se encuentran rodeadas por una cu- bierta proteica formada por coatómeros (COP), pro- teínas similares a la clatrina que favorecen el transporte bidireccional: a) anterógrado, del RER a la red cis-Golgi (RCG), es decir, las cisternas del aparato de Golgi más cer- canas al RER, y b) retrógrado, desde la RCG hacia el RER (figura 4-7). Se han identificado dos tipos de coatómeros, los cuales cumplen las siguientes funciones: • COP-I. Estas proteínas se encargan de recubrir las vesículas provenientes de la RCG y, por ende, me- dian el transporte retrógrado hacia el RER. Este tipo de transporte tiene una función de rescate de proteí- nas que erróneamente fueron enviadas desde el RER hacia el aparato de Golgi. • COP-II. Su función es formar las vesículas que viajarán de forma anterógrada desde el RER hacia la RCG. Aparato de Golgi Siguiendo la vía de síntesis de proteínas que inicia en el nú- cleo celular, con la duplicación del DNA, la transcripción y la traducción en el RER, se llega al aparato de Golgi, el cual participa en la modificación y selección de las proteí- nas que vienen del RER, además participa en la síntesis de carbohidratos. El aparato de Golgi —llamado así en honor a su descu- bridor, el histólogo italiano, Camilo Golgi (figura 4-8A)— fue descrito por primera vez en 1876, mediante la observa- ción de neuronas impregnadas con osmio, en las cuales se aprecian redes irregulares de fibras, cavidades y vesículas localizadas en la cercanía del núcleo (figura 4-8C). Desde el punto de vista morfológico, este organelo se identifica como una serie de sacos apilados llamados cisternas, con una cara convexa a la que llega el material que proviene del RER, la cara cis, y una cóncava o cara trans, por la cual salen las vesículas del aparato de Golgi con material modi- ficado. Además, numerosas vesículas también conforman este organelo (figura 4-8B). Dadas sus funciones, el aparato de Golgi se encuentra muy desarrollado en células que secretan glucoproteínas y es muy pequeño en células como las musculares. Este orga- nelo no se tiñe con la tinción convencional (H-E) en micros- RER Reciclaje cis-Golgi Reciclaje Transporte retrógrado Transporte anterógrado COP-II COP-I Figura 4-7. Transporte vesicular de retículo endoplásmico a Golgi. La manera en que los coatómeros cumplen su función es deforman- do las membranas produciendo brotes que posteriormente al separarse del organelo (RER o aparato de Golgi) formarán vesículas. En el transporte anterógrado las vesículas viajan desde el RER hacia la RCG cubiertos por COP-II; COP-I favorece el transporte retrógrado de la RCG hacia el RER. Posterior a que se forman las vesículas los coatómeros son reciclados. 53Capítulo 4 La célula: su estructura y función copía de luz; por tanto, se observa como imagen negativa (una porción clara del citoplasma), sobre todo en células que llevan a cabo una importante función de exportación de proteínas, como los anticuerpos, que son secretados por las células plasmáticas (figura 4-8D). Sin embargo, con tin- ciones específicas (como la de Da Fano), los diversos apara- tos de Golgi se observan en imagen positiva como estrías de color café y el núcleo se aprecia en negativa (figura 4-8C). El aparato de Golgi, como ya se citó, tiene una mor- fología característica que consiste en cisternas aplanadas, parecidas a sacos, con rebordes amplios relacionados con vesículas y túbulos. Las cisternas, cuyos diámetros son de 0.5 a 1.0 µm, se disponen en pilas aplanadas e incurvadas de manera parecida a una copa poco profunda. Típicamen- te, la pila de Golgi contiene menos de ocho cisternas; una célula puede contener desde unas cuantas hasta varios miles de pilas, según el tipo de célula. Las cisternas del aparato de Golgi están polarizadas, las más próximas al RER conforman la cara cis, en tanto que las cisternas del extremo opues- to de la pila se encuentran en la cara trans. Debido a que el complejo de Golgi no tiene una composición uniforme de un extremo al otro, se divide en cuatro compartimentos funcionalmente distintos: las cisternas cis, la cara media y la cara trans; y la red trans de Golgi (RTG). Algunos autores incluyen una porción de transición entre el RER y el Golgi, abreviada ERGIC (por sus siglas en inglés, endoplasmic re- ticulum-Golgi intermediate compartment) (figura 4-8B). Las proteínas de membrana, de secreción y lisosoma- les recién sintetizadas, abandonan el RER y penetran en el aparato de Golgi a través de su cara cis, para luego atravesar la pila de cisternas hacia la cara trans. El complejo de Golgi es principalmente una planta procesadora. Las proteínas recién sintetizadas, que prime- ro fueron ensambladas en el RER, se modifican de manera secuencial específica conforme atraviesan la pila de Golgi: las enzimas proteolíticas recortan parte de su longitud; los aminoácidos pueden modificarse (p. ej., hidroxilación) y cambian de manera gradual su contenido de carbohidra- Red trans Red media Red cis ERGIC Célula plásmica Imagen negativa del aparato de Golgi Figura 4-8. Aparato de Golgi. A) Camilo Golgi descubrió esta estructura que lleva su nombre. B) Se observa la estructura básica del aparato de Golgi, la red o cara cis, la red intermedia y la red o cara trans. C) Neuronas de ganglionares con la técnica de impregnación metálica de Da Fano. Se observa en el soma de las neuronas, estructuras irregulares oscuras, que corresponden al aparato de Golgi (flechas), el núcleo se observa en el centro del soma como una imagen negativa. D) Las células plasmáticas productoras de anticuerpos presentan una gran cantidad de aparatos de Golgi, esta zona presenta una imagen negativa cuando se tiñen con H-E. A B DC Histología y biología celular54 tos mediante una serie de reacciones enzimáticas. Una vez que las proteínas alcanzan la red trans de Golgi, están listas para ser clasificadas y enviadas a su destino final dentro o fuera de la célula. Las proteínas se transportan a través del complejo de Golgi mediante vesículas formadas por gemación de dicho organelo. Es importante mencionar que una proteína en par- ticular, sintetizada en el RER, se clasifica y se envía en una vesícula en particular. La célula debe tener la capacidad para distinguir entre los diferentes materiales que elabora. Se considera que esta clasificación para separar a las pro- teínas marcadas hacia diferentes destinos en vesículas dife- rentes ocurre en los últimos compartimientos de Golgi, es decir, en la red trans Golgi (RTG). En la RTG se originan dos tipos de vesículas: 1) ve- sículas no selectivas, no recubiertas de clatrina, que transportan materiales (como colágena y fibronectina) secretados de manera continua por la célula (secreción constitutiva) y también proteínas integrales de membrana que continuamente se añaden al plasmalema; y 2) vesícu- las selectivas recubiertas de clatrina que llevan cargas seleccionadas, como productos secretorios regulados (se- creción regulada) y enzimas lisosómicas marcadas para si- tios específicos. Las vesículas pueden moverse en sentido anterógrado (es decir, de la cara cis hacia la cara trans), pero también en sentido retrógrado (de la cara trans hacia la cis) (figura 4-9). Asimismo, el aparato de Golgi es el sitio donde se con- cluye el ensamblado de oligosacáridos a glucoproteínas y a glucolípidos. Este organelo es también el sitio de síntesis de la mayor parte de los complejos polisacáridos de la célula (p. ej., glucosaminoglucanos de la matriz extracelular). Lisosomas Dichos organelos membranosos se forman en el aparato de Golgi y constituyen el sistema digestivo y excretor de las células eucariontes. Los lisosomas tienen la posibilidad de degradar una variedad de estructurasque incluyen: ácidos nucleicos, lípidos complejos, glucosaminoglucanos, pro- teínas, etc. Estos materiales pueden liberarse del lisosoma por difusión o por la ayuda de transportadores especiali- zados. Son organelos que varían ampliamente en forma y ta- maño, miden desde 25 a 50 nm de diámetro en el caso de los lisosomas primarios y hasta 0.3 µm en los lisosomas secundarios; estas características dependen del tipo celu- lar y de su función. Los lisosomas primarios son aquellos que recién se forman del aparato de Golgi; en contraste, los lisosomas secundarios ya se han fusionado con endosomas y, por tanto, presentan material digerido o en proceso de digestión (figura 4-10A). Debido a su heterogeneidad morfológica, estos orga- nelos pueden ser identificados mediante el uso de anti- cuerpos específicos y mediante técnicas histoquímicas en las cuales se emplea el precipitado producido por la acti- vidad de la hidrolasa con su sustrato. Los lisosomas con- tienen por lo menos 40 tipos de enzimas hidrolíticas entre las que se encuentran: proteasas, nucleasas, glucosidasas, lipasas, fosfolipasas, fosfatasas y sulfatasas, que participan en la digestión intracelular de macromoléculas, microor- ganismos fagocitados, células muertas, organelos dañados y senescentes. Dado que las enzimas lisosomales son hi- drolasas ácidas cuya actividad óptima se lleva a cabo a un pH cercano a 5, la membrana de este organelo contiene bombas de protones (H+) que emplean la energía produ- cida por la hidrólisis de ATP para introducir activamente H+, lo cual permite el mantenimiento de un medio ácido al interior de este organelo. Asimismo, la membrana de los lisosomas contiene proteínas transportadoras que permi- ten la salida de los productos finales de la digestión como aminoácidos, azúcares y ácidos nucleicos, de tal forma que estos productos puedan ser reutilizados por las células (fi- gura 4-10B). Defectos genéticos —como las mutaciones en genes estructurales de las hidrolasas lisosómicas— evitan la produc- ción normal de estas enzimas y producen la acumulación de su sustrato no digerido en los lisosomas, lo cual tiene consecuencias patológicas importantes, principalmente en el sistema nervioso. Estas alteraciones son conocidas como enfermedades por acúmulo lisosómico. Peroxisomas También conocidos como microcuerpos, los peroxisomas son organelos membranosos esféricos y pequeños (0.2-1 µm de diámetro), que pueden tener un centro denso y cristali- no de enzimas oxidativas (figura 4-11). Los peroxisomas son organelos con múltiples funcio- nes y presentan más de 50 proteínas oxidativas como la urato oxidasa, glucolato oxidasa, catalasa y ácido D-amino Cadena ligera Cadena pesada Sitio de unión para partículas de armado Trisquelión Clatrina Figura 4-9. Transporte vesicular desde el aparato de Golgi. Note cómo se lleva a cabo el transporte de vesículas desde Golgi a la membrana plasmática y de ahí a los lisosomas. También se ilus- tra la participación de las proteínas COP I, COP II y clatrina. 55Capítulo 4 La célula: su estructura y función oxidasa, que participan en el catabolismo de los ácidos gra- sos de cadena larga (β-oxidación), la síntesis de plasmaló- genos, acetilcoenzima A y H2O2. Este último compuesto tiene un papel importante en la detoxificación de agentes nocivos; por ejemplo, en las células hepáticas en donde convierte el etanol en acetaldehído. De igual forma que para algunos microorganismos, el peróxido de hidrógeno es tóxico para la célula; por lo anterior, la catalasa es la en- cargada en convertirlo en agua o usarlo para oxidar otros compuestos orgánicos. Los peroxisomas se forman a partir de otros, por cre- cimiento y fisión, del mismo modo que las mitocondrias. Ahora se sabe también que el retículo endoplásmico es una fuente de membrana para el crecimiento de los peroxiso- mas que se crearon por fisión y para la formación de novo de estos organelos. Las proteínas de los peroxisomas se sin- tetizan en los ribosomas libres y contienen una secuencia señal en su extremo C-terminal, la cual dirige las proteínas hacia el interior del organelo por medio de un receptor. Tanto el aumento como la disminución en la cantidad de estos organelos depende de las necesidades celulares, en especial a la disminución en la cantidad de éstos por vías autofágicas se le conoce como pexofagia, y es específica para los peroxisomas. La autofagia se puede dar por la vía macropexofágica o micropexofágica. La presencia de peroxisomas vacíos o “fantasmas” a los cuales no se importan las enzimas oxidativas desde el ci- toplasma al peroxisoma, produce una rara anomalía here- ditaria reconocible por diversas alteraciones neurológicas llamada síndrome de Zellweger. L1 L1 L2 L2 CMV H+ H+ H+ pH 5 Nucleasas Lipasas Glucosidasas Bomba de protones H+ Figura 4-10. Estructura general de los lisosomas. A) Electromi- crografía de una neurona, donde se observa la presencia de liso- somas primarios (L1) y secundarios (L2) en los cuales se aprecia material, también se aprecian cuerpos multivesiculares (CMV). B) El esquema muestra la estructura de los lisosomas, las bombas que mantienen su pH bajo y otras proteínas que lo conforman. Caperuza Subunidades proteicas ProteosomasPeroxisomasLisosomas Enzimas digestivas Cristal Figura 4-11. Lisosomas, peroxisomas y proteosomas. El esquema muestra las características generales de estos organelos, los cua- les son los sistemas de digestión de las células. A B Histología y biología celular56 Mitocondria A mediados del siglo xix, Rudolph von Kölliker describió a la mitocondria como un compartimento citoplásmico gra- nular con su propia membrana en células musculares y las identificó como sarcosomas. A finales del mismo siglo, Ben- da las llama mitocondrias que significa “hilo con cuentas”, que era la imagen que se observaba con los microscopios con que se contaba hace 150 años. En el decenio de 1950- 1959 Pallade y Sjöstrand, con la aplicación de la microsco- pía electrónica, la pueden describir con detalle e identifican que es un solo organelo. Se sabe ahora que la morfología de la mitocondria es dinámica y ésta varía continuamente por un proceso de fisión y fusión al que se identifica ahora como dinámica mitocondrial, de la que se hará mención más adelante. El origen de este organelo se explica por la teoría de la endosimbiosis propuesta en 1971 por Lynn Margulis, la cual menciona que las mitocondrias provienen de un proceso endosimbiótico entre una bacteria anaerobia y una célula protoeucariótica y se basa en que las mitocon- drias tienen semejanzas con los procariontes; por ejemplo: 1) presentan una doble membrana, 2) tienen su propio DNA el cual es una molécula circular, 3) presentan ribo- somas con subunidades 16S y 12S, 4) tienen enzimas que presentan las bacterias y realizan la síntesis de proteínas de forma similar a los procariontes y 5) se dividen por fisión. La mitocondria de los mamíferos tiene su propio DNA circular que codifica para 22 tRNA mitocondriales, 2 rRNA y 13 proteínas que forman parte de los complejos proteicos (I, II, IV y V) para la fosforilación oxidativa. Las mitocondrias se originan de otras mitocondrias por división y síntesis de proteínas e importe de proteínas y lípidos del citoplasma. Cada mitocondria tiene varias copias de su DNA, el cual se hereda de la madre, y este DNA se replica varias veces en cada ciclo celular, lo que también da lugar a una mayor posibilidad de errores en la replicación. En ellas se degradan moléculas orgánicas que liberan la energía química contenida en sus enlaces. En este proceso, la energía liberada se almacena en moléculas de ATP para luego utilizarse en otros procesos celulares. Los requerimientos energéticos de la célula determi- nan la cantidad de mitocondrias que requiere; por ejemplo, una célula hepática tiene alrededor de 2 500 mitocondrias (25% de su volumen), mientras que un miocardiocito tie- ne muchasmás y de mayor tamaño. Las mitocondrias se agrupan a menudo en áreas celulares de alto requerimiento energético. Mediante microscopía de luz, algunas tinciones especiales como la de Cains o Bensley evidencian la pre- sencia de estos organelos, los cuales se aprecian en zonas de color magenta en el citoplasma (figura 4-12A). Estos or- ganelos son polimórficos, desde casi esferas hasta cilindros, que en promedio miden 3 µm de largo con un diámetro de 0.5 µm (figura 4-12B). Poseen dos membranas, una externa y otra interna, que dan lugar a dos compartimentos: el es- pacio intermembranoso y a la matriz mitocondrial. a) Membrana externa. Es permeable a los solutos pre- sentes en el citosol, ya que se encuentran en ella pro- teínas transmembranales llamadas porinas, las cuales forman canales acuosos por los que pasan libremente iones y moléculas de hasta 5 kDa. b) Espacio intermembranal. Dada la presencia de pori- nas en la membrana mitocondrial externa, su conteni- do de solutos es similar al del citosol. En este espacio CR MA ME MI Figura 4-12. Mitocondria. A) Se muestra una imagen de riñón con la tinción de Bensley. Las células de los túbulos proximales presen- tan gran cantidad de mitocondrias, que con esta tinción se exhiben como un puntilleo en color magenta (flechas). B) La electronmicro- grafía de la mitocondria muestra a detalle su ultraestructra, las crestas micondriales (CR), la membrana mitocondrial externa (ME), la membrana mitocondrial interna (MI) y la matriz mitocondrial (MA). A B 57Capítulo 4 La célula: su estructura y función hay una serie de enzimas que utilizan el ATP generado en la membrana interna. Entre estas enzimas están la creatina cinasa, la adenilato ciclasa y el citocromo C. c) Membrana interna. Está plegada, forma las crestas que “miran” hacia la matriz (figura 4-12B) las cuales delimitan microdominios para algunos iones, nutrien- tes, ATP, ADP y pequeñas proteínas solubles. Presenta un fosfolípido doble (difosfatidilglicerol o cardiolipina), que impide el paso de solutos en cualquier dirección. El paso de moléculas se realiza por medio de proteínas transportadoras. Ancladas a la membrana interna se encuentran las moléculas involucradas en la cadena de transporte de electrones y el complejo proteico ATP sintetasa, actualmente se identifica a la relación cres- tas/superficie mitocondrial como una medida de la ca- pacidad de la mitocondria para sintetizar ATP. d) Matriz mitocondrial. Presenta varias copias de DNA circular, mRNA, rRNA (que forma auténticos ribo- somas), tRNA y otras moléculas necesarias para la fosforilación oxidativa. Sus productos principales son CO2 y NADH reducido. También están las enzimas que participan en la b oxidación y las del ciclo de Krebs. Se ubican en esta zona los gránulos matriciales que almacenan Ca2+, así como otros cationes divalentes y trivalentes (figuras 4-12 y 4-13). Los sitios de contacto entre la membrana externa y la interna es donde se ubican las estructuras que permiten el tránsito de ciertas moléculas entre las dos membranas, como la creatina cinasa mitocondrial, la nucleasa translocadora de nucleótidos (ANT), los canales aniónicos dependientes de voltaje y porina (VDAC) por mencionar algunas. Se ha propuesto que en estos sitios de contacto es donde ocurre la fusión y la fisión mitocondrial. Ahora se sabe que la mitocondria recorre grandes distancias utilizando el sistema de microtúbulos y que cada dos minutos —dependiendo del tipo celular— ocurren la fisión o la fusión en un orden cuidadosamente balancea- do. Un aumento en la fusión da lugar a mitocondrias muy grandes e interconectadas y un aumento en la fisión lleva a formar mitocondrial minúsculas y fragmentadas. La fusión y la fisión requieren de un gran gasto de GTP. La energía que se libera por la hidrólisis de esta molécula es emplea- da para que durante la fusión se mezclen las matrices de las mitocondrias. La fusión de mitocondrias facilita la transmisión de señales mediadas por Ca2+. La fisión mito- condrial facilita el transporte de estos organitos con ma- yor facilidad a los sitios con mayor demanda energética. La fusión y la fisión están reguladas por isoformas de una GTPasa de 85 kD (mitofusina 1 y 2), éstas se ubican en la membrana externa de la mitocondria. MI ME M C Proteínas transportadoras Centros ferrosulfurosos Ribosomas mitDNA Cadena respiratoria complejos I-IV ATP-sintasa Cresta mitocondrial (C) Matriz (M) Membrana interna (MI) Membrana externa (ME) Figura 4-13. Esquema de la mitocondria. Se observa la estructura general de la mitocondria, así como los componentes funcionales principales y su distribución en las membranas mitocondriales y la matriz. Histología y biología celular58 Organelos no membranosos Citoesqueleto El citoesqueleto es una red dinámica y muy compleja de filamentos proteicos que en conjunto regulan una gran di- versidad de funciones dentro de la célula como: a) el man- tenimiento de la arquitectura general de la célula, así como los cambios de forma durante su diferenciación, b) el des- plazamiento sobre un sustrato (p. ej., el desplazamiento de granulocitos y linfocitos sobre y a través del endotelio en un evento inflamatorio), c) el transporte de proteínas y orga- nelos al interior de la célula, d) el movimiento de cromoso- mas durante la división celular y la citocinesis, e) la unión entre las células, además f ) participan en diferentes vías de señalización. Dicha red proteica está formada principalmente por tres tipos de filamentos que se clasifican de acuerdo con su tamaño y composición en: 1) microfilamentos, 2) filamen- tos intermedios y 3) microtúbulos. Además, la conforman cientos de proteínas que se asocian con estos filamentos y permiten sus funciones. Microfilamentos Los microfilamentos están formados por subunidades glo- bulares de actina que en presencia de ATP se polimerizan para formar dos hebras de filamentos que se ensamblan he- licoidalmente y forman filamentos parecidos a una cuerda de 6 a 7 nm de diámetro. A la actina que se encuentra en subunidades globulares en el citoplasma se le llama actina G y a la que ha formado filamentos se le conoce como acti- na F. Los filamentos de actina al igual que los microtúbulos son estructuras polarizadas, es decir, que tienen un extremo positivo en donde se adicionan rápidamente subunidades y, por consiguiente, es un extremo donde los filamentos cre- cen, en los microfilamentos este extremo también se llama barbado, el otro extremo es de crecimiento lento de modo que es más estable, a éste se le llama menos o puntiagudo en los microfilamentos. Los filamentos de actina, al igual que los microtúbulos, son muy dinámicos, se polimerizan y despolimerizan de manera continua; este proceso en el caso de los microfilamentos depende de ATP, de Mg+, K+, la concentración de actina G en el citoplasma y de la ac- tividad de proteínas que modulan la polimerización de la ac tina como la timosina que se une a la actina G e impide su polimerización, las proteínas bloqueadoras de los extremos que regulan la longitud de los filamentos, la profilina que se une a la actina G y favorece la polimerización, o la cofi- lina y la gelsolina que promueven la fragmentación de los filamentos y con ello su despolimerización (figura 4-14A). Los filamentos de actina llevan a cabo diversas funcio- nes en las células, por ejemplo: • Contracción muscular. Los microfilamentos se aso- cian con filamentos gruesos formados por miosina; en conjunto, la actividad de estos filamentos y algunas otras proteínas accesorias permiten el acortamiento de las sarcómeras y, como resultado, la contracción muscular. • Locomoción celular. Los microfilamentos forman una malla debajo de la membrana celular que da estructura a la membrana plasmática y permite los cambios de forma durante la diferenciación celular. • Anclaje y movimiento de proteínas integrales de membrana. Los microfilamentos se distribuyenpor todo el citoplasma y forman una red debajo de la membrana plasmática a la cual se anclan proteínas integrales de membrana, como las que conforman los complejos de unión, de manera que estas proteí- nas permanecen en los dominios lateral, apical y ba- sal, lo cual favorece el establecimiento de las uniones célula-célula y célula-membrana basal. • Cambios morfológicos celulares. Los microfilamen- tos forman una malla debajo de la membrana celular que le brinda estructura y permite los cambios de for- ma durante la diferenciación celular y otros como el crecimiento axónico. • Fagocitosis y el tráfico de vesículas. Estos filamen- tos también ayudan a deformar la membrana plasmá- tica para dar estructura a los pseudópodos, que en fagocitos como los macrófagos envuelven el mate- rial a fagocitar (p. ej., microorganismos opsoniza- dos, restos de células muertas, etcétera). • La activación de plaquetas. Los filamentos de actina brindan estructura a las plaquetas y junto con los mi- crotúbulos mantienen su forma discoidal. Además, colaboran con los filamentos de miosina para que mediante movimientos de contracción, las plaquetas se retraigan después de la formación de un coágulo definitivo y se permita el retorno del flujo sanguíneo normal a través del vaso. • Formación de especializaciones de membrana. Los filamentos de actina forman la estructura de las microvellosidades, especializaciones de membrana de los enterocitos, que incrementan la superficie de absorción. Asimismo, forman los estereocilios que caracterizan a las células pilosas de oído interno y a las células del epidídimo, éstas son estructuras más largas y rígidas y, en el caso de las células del oído interno, su movimiento permite apertura de canales de compuerta mecánica y con ello la transmisión de impulsos nerviosos que se traducen en sonido, los estereocilios del epidídimo tienen una función de absorción. Filamentos intermedios Los filamentos intermedios (FI) —denominados así debido a que su diámetro es de 8 a 10 nm, el cual se encuentra entre el de los microfilamentos y el de los microtúbulos— son fi- 59Capítulo 4 La célula: su estructura y función bras muy fuertes parecidas a cuerdas, que se distribuyen por todo el citoplasma celular. Brindan estructura a las células, además de proporcionar fuerza y resistencia a las células que se encuentran sometidas a estrés mecánico y a presiones fuertes —como las células musculares, las neuronas y las cé- lulas epiteliales que recubren las cavidades del cuerpo. Los filamentos intermedios, además, son filamentos poco sensibles a medicamentos y más dif íciles de disolver a diferencia de los microfilamentos y microtúbulos. Composición y ensamblaje de los filamentos in- termedios. La composición de los filamentos intermedios es diversa y su presencia depende del tipo celular entre las proteínas que forman parte de estos filamentos se encuen- tra la vimentina, desmina, tonofilamentos, láminas nuclea- res, entre otras. A diferencia de los microfilamentos y los microtúbulos, los filamentos intermedios no presentan polaridad, tampoco son tan dinámicos. Dichos filamentos están formados por una unidad básica que es un tetrámero, formado por dos dímeros alineados lado a lado en forma intercalada, con sus extremos amino (N) y carboxilo (C), apuntando en sentido contrario. Como los dímeros apun- tan en sentido contrario, el filamento carece de polaridad. Los filamentos intermedios se forman entonces por la aso- ciación de tetrámeros que se unen lado a lado o extremo a extremo. La fosforilación de estos filamentos es la señal para su polimerización y despolimerización (figura 4-14B). Tipos y funciones de los filamentos intermedios. Existen diferentes tipos de filamentos intermedios, su ex- presión depende del tipo celular; a continuación se descri- ben los más importantes, algunos de ellos se resumen en el cuadro 4-2. • Filamentos de queratina. Son el grupo de filamen- tos intermedios más diverso, se han descrito 50 iso- tipos diferentes. Son las principales proteínas de las células epiteliales, entre ellas las células epidérmicas, los hepatocitos y las células acinares pancreáticas. Los haces de queratina forman una red que rodea al núcleo y se dispersa en el citoplasma, muchos de estos filamentos terminan en las placas de los des- A Microfilamentos B Filamentos intermedios C Microtúbulos 7 nm Ac tin a F Actina G 10 nm 5 6 1 2 3 4 25 nm a a a b b b Figura 4-14. Componentes del citoesqueleto. Se muestran en el esquema los tres filamentos principales que conforman el citoes- queleto, su diámetro y las subunidades que los conforman. A) Los microfilamentos que se componen por subunidades de actina G, las cuales se polimerizan formando dos cadenas que se asocian helicoidalmente para conformar un filamento, en esta forma la actina se denomina F. B) Los filamentos intermedios se construyen cuando un monómero 1) se asocia con otro para formar un dímero, 2) dos dí- meros se asocian para formar un tetrámero, en el cual los extremos carboxilo y amino apuntan en sentido contrario. El tetrámero es la subunidad básica de los filamentos. Varios tetrámeros se asocian para formar un protofilamento, ocho de ellos conforman el filamento intermedio. C) Los microtúbulos, formados por heterodímeros de a y b tubulinas que forman protofilamentos, 13 de ellos conforman un microtúbulo. Histología y biología celular60 bloquean el transporte axónico, lo cual ocasiona la muerte neuronal. • Otros filamentos intermedios. La vimentina es un filamento intermedio presente en las células me- senquimatosas. Por otro lado, la desmina es carac- terística de las células musculares, la proteína ácida fibrilar glial (GFAP, del inglés glial fibrillary acidic protein) se expresa en los astrocitos y otras células de la neuroglía. Existen diversas enfermedades asociadas con los fi- lamentos intermedios como ya se ha mencionado. Otras patologías incluyen a la epidermólisis ampollar simple, la cual es resultado de mutaciones en los genes de las que- ratinas 5 y 14. Esta enfermedad se caracteriza por ampollas cutáneas tras un traumatismo menor. Alteraciones en las queratinas también producen hiperqueratosis epidermolí- tica y queratodermia epidermolítica palmoplantar. Microtúbulos Los microtúbulos son tubos huecos y rígidos de 25 nm de diámetro, constituidos por heterodímeros de subunidades de a y b-tubulina. Estos heterodímeros se asocian para for- mar cada uno de los 13 protofilamentos que constituyen a un microtúbulo. Los microtúbulos se forman y crecen a partir de un centro organizador de microtúbulos (MTOC, del inglés microtubule-organizing center), el centrosoma, un organelo no membranoso que se describirá más adelan- te. En el centrosoma, otra isoforma de tubulina, la gamma tubulina constituye un complejo anular llamado complejo anular de g-tubulina (g-TuRC, del inglés gamma tubulin ring complex), que actúa como molde a partir del cual se forman estos protofilamentos (figura 4-14C). Los microtúbulos son estructuras muy dinámicas, se acortan y crecen con gran rapidez respondiendo a las de- mandas de la célula. Al igual que los microfilamentos, los mosomas y hemidesmosomas que ayudan a fijar las uniones celulares y de la célula con su sustrato. La presencia de dichos filamentos puede ser evidente en el estrato escamoso de la piel donde éstos y las uniones celulares son abundantes. • Láminas nucleares. Se han descrito tres tipos prin- cipales: la lámina AC, la B1 y la B2. Se encuentran en todas las células nucleadas, forman una malla fibrosa en el núcleo, que se adosa a la membrana nuclear interna, pero también hay filamentos de láminas en el nucleoplasma, forman parte importante del nu- cleoesqueleto y llevan a cabo funciones vitales para la célula; por ejemplo, brindan estructura al núcleo y permiten que éste resista fuerzas de tensión y pre- sión sin romperse, anclan proteínas de la membrana nuclear, participanen la transducción de señales, ayudan a formar la heterocromatina al anclar a la cromatina a la membrana nuclear interna y partici- pan en la expresión génica, ya que al desasociarse de la cromatina ésta se convierte en eucromatina, y en su forma laxa se favorece la expresión de los genes. Mutaciones en la lámina AC producen diferentes patologías que en conjunto se han llamado lami- nopatías; se han descrito numerosas laminopatías, éstas incluyen distrofias musculares, lipodistrofias, dermopatías, progerias como la de Hutchinson-Gil- ford, cáncer, entre muchas otras. • Neurofilamentos. El citoplasma de las neuronas contiene filamentos intermedios que en estas células se les llama neurofilamentos, los cuales se distri- buyen en paralelo con el axón. Los neurofilamen- tos están formados por tres proteínas diferentes: la NF-L, NF-H y NF-M. La agregación de estas pro- teínas se observa en diferentes trastornos neurode- generativos como la enfermedad de Alzheimer y la enfermedad de Parkinson; los agregados proteicos Cuadro 4-2. Tipos de filamentos intermedios y su distribución en las células. Tipo de filamento Proteína que forma Distribución en la célula Tipo celular que lo presenta I y II Citoqueratinas ácidas y básicas Citoplasma Células epiteliales III Vimentina Citoplasma Células de origen mesenquimático III Desmina Citoplasma Células musculares III GFAP Citoplasma Células neurogliales IV Neurofilamentos L, M y H Citoplasma Neuronas IV Nestina Citoplasma Heterogéneas V Láminas nucleares Tipo: A/C Núcleo: envoltura nuclear y nucleo- plasma Células diferenciadas Tipos: B1 y B2 Todas las células nucleadas 61Capítulo 4 La célula: su estructura y función microtúbulos tienen polaridad, es decir, un extremo negati- vo, de crecimiento lento y que se asocia al centrosoma, y un extremo positivo, de crecimiento rápido y que se dirige ha- cia el citosol. La dinámica de polimerización y despolime- rización de los microtúbulos, llamada inestabilidad diná- mica, depende de GTP y Mg2+, esta molécula se asocia con la b-tubulina, y cuando se encuentra en esta forma se favo- rece el crecimiento del microtúbulo; sin embargo, cuando el GTP se hidroliza produce un cambio de conformación en el heterodímero, que evita que exista un adecuado en- samble entre ellos; como no se acoplan de forma correcta, el microtúbulo se desestructura y se despolimeriza, como resultado el microtúbulo se acorta. Diversas proteínas participan también en la dinámica de los microtúbulos, estas proteínas se llaman proteínas asociadas a los microtúbulos (MAP, del inglés microtubu- le-associated proteins). Estas proteínas tienen un sitio de unión a los microtúbulos; algunas MAP se asocian con los microtúbulos formando un puente entre ellos, mantenién- dolos alineados; otras incrementan la estabilidad de los microtúbulos y promueven su ensamble. Algunas MAP importantes funcionan como motores moleculares, és- tas son la dineína y la cinesina; estas moléculas ayudan a transportar vesículas y organelos usando a los microtúbu- los como rieles, se desplazan sobre ellos y transportan sus proteínas, vesículas u organelos cargo a diferentes destinos, la dineína hacia el extremo negativo de los microtúbulos y la cinesina al extremo positivo. Los microtúbulos, además del esqueleto celular que forman durante la interfase, integran muchas estructuras como el huso mitótico, los axonemas y los cuerpos basales de los cilios y flagelos. Sus funciones son diversas y se des- criben a continuación: • Mantienen la forma de las células y permiten los cambios morfológicos durante la diferenciación. • Mantienen la organización interna de las células. • Brindan a las células soporte mecánico. • Participan en la transducción de señales. • Participan en el transporte intracelular de vesículas y organelos mediante proteínas motoras. • Mantienen la estructura y el movimiento de cilios y flagelos. • Son la estructura de los centriolos. • Forman el huso mitótico y permiten el movimiento de los cromosomas durante la división celular. Debido a esta última característica, los microtúbulos se consideran desde hace muchos años un blanco efecti- vo de antineoplásicos, como los derivados del taxol, de la Vinka alcaloides y la colchicina, que tienen sitios especí- ficos de unión a las tubulinas que conforman los microtú- bulos y los desestabilizan. Las alteraciones producidas en el huso mitótico producen un bloqueo en la metafase, ya que el punto de control de esta fase de la mitosis mide el daño y la célula muere por apoptosis. Los diversos filamentos del citoesqueleto no pueden ser observados por microscopía de luz pero pueden iden- tificarse fácilmente mediante microscopía electrónica de transmisión y evidenciarse empleando técnicas de inmu- nodetección. Centrosoma Es un organelo no membranoso formado por un par de cen- triolos y la matriz pericentriolar (PCM, del inglés pericen- trolar matrix). Se encuentra cerca del núcleo en una célula interfásica y formando los polos del huso en una célula en mitosis. Dado que el centro organizador de microtúbulos (MTOC, del inglés microtubule organizator center) se en- cuentra inmerso en la matriz pericentriolar de este organe- lo, el centrosoma determina el origen de crecimiento de los microtúbulos y participa en las funciones que éstos llevan a cabo. Las células en interfase presentan un centrosoma; sin embargo, al entrar en la fase M este organelo se duplica y divide para formar los polos de huso mitótico. Alteraciones en la división de este organelo producen aneuploidías en las células en división, lo cual se asocia con el desarrollo de procesos neoplásicos. El centrosoma no puede ser ob- servado mediante microscopía óptica; sin embargo, puede evidenciarse mediante inmunofluorescencia si se emplean marcadores específicos como anticuerpos anti-gamma-tu- bulina; en tal caso, en una célula en mitosis se observarán claramente dos focos a partir de los cuales crecen los mi- crotúbulos que forman el huso mitótico. Especializaciones de la superficie celular El citoesqueleto forma diferentes especializaciones de membrana que son célula-específicas y ayudan a realizar algunas de las funciones de ciertas células. Cilios Son estructuras filiformes movibles de 7 a 10 mm de longi- tud que se encuentran en la superficie apical de las células en algunos epitelios como el respiratorio y el del oviducto, donde mediante oscilaciones rítmicas ayudan a mantener la superficie del epitelio respiratorio limpia de moco y otras sustancias, y en el caso del oviducto a transportar los em- briones hacia el útero (figura 4-15A y B). Los cilios están formados por una estructura central llamada axonema, conformada por microtúbulos dispuestos en una organiza- ción 9 + 2, es decir, un par de microtúbulos ubicados en la porción central, rodeados de manera uniforme por nueve pares de microtúbulos periféricos, de los cuales uno es in- completo; esta estructura se ancla a las células por un cuer- po basal. El movimiento de los cilios se basa en la acción conjunta de microtúbulos y una proteína motora denomi- nada dineína-ATPasa que emplea la energía de la hidrólisis de ATP para impulsar el deslizamiento de los microtúbulos Histología y biología celular62 periféricos uno sobre otro, mientras se anclan al par de micro- túbulos central para estabilizar el movimiento (figura 4-16). Alteraciones en los componentes de los cilios como en las tubulinas o en la dineína ATPasa conllevan a la discinecia ciliar, la cual tiene consecuencias importantes en el tracto respiratorio como infecciones recurrentes. Flagelos Son apéndices filiformes alargados basados en microtúbu- los, que se encuentran presentes en los espermatozoides y permiten su movimiento. Su estructura básica es la misma que presentan los cilios; sin embargo, a diferencia de éstos, los flagelos presentan un movimiento ondulatorio. Microvellosidades Son proyecciones citoplásmicas digitaliformes presentesen la superficie apical de las células; tales estructuras rígi- das miden entre 0.6 a 0.8 mm de longitud. Están formadas por filamentos de actina enlazados transversalmente por villina en la parte apical de la microvellosidad y por fim- brina a lo largo de los microfilamentos. A diferencia de los cilios y flagelos no son estructuras móviles, su función es aumentar la superficie de absorción o intercambio; debido a ello es factible encontrarlas en el intestino delgado y en los túbulos renales. Estereocilios Al igual que las microvellosidades, los estereocilios son prolongaciones de la membrana plasmática formados por filamentos de actina, no son estructuras móviles. A diferen- cia de las microvellosidades, los estereocilios son estructu- ras más largas, se encuentran sólo en el epidídimo donde permiten incrementar la superficie de absorción y en las células piliformes sensoriales de la cóclea en el oído inter- no donde intervienen en la transmisión de señales; el des- plazamiento de los estereocilios por estímulos mecánicos genera impulsos nerviosos que se perciben como sonidos. Ribosomas Son los organelos celulares más numerosos. No están rodea- dos por una membrana; están constituidos por dos subuni- dades, cada una de las cuales está formada por un complejo de RNA ribosómico y proteínas. Los ribosomas sintetizan a las proteínas citosólicas, que se pueden clasificar en: a) proteínas destinadas a permanecer en el citoplasma (p. ej., enzimas glucolíticas o proteínas del citoesqueleto; b) proteínas periféricas de la superficie interna de la membrana plasmática (p. ej., espectrina o anquirina), y c) proteínas que se encuentran en otros organelos como en las mitocondrias o el núcleo. En este último grupo, las proteínas se sintetizan en el citoplasma y luego se importan totalmente formadas al organelo apropiado. Vaina central Par central Membrana plasmática Dineína Cabeza de rayo radial Nexina Microtúbulo B Microtúbulo A Doblete de microtúbulos Figura 4-16. Estructura del axonema. Se observa la ultraestructura de los axonemas (A) y su conformación 9 + 2. En el esquema se observan otras proteínas que conforman esta estructura (B). Figura 4-15. Estructura de los cilios. Fotomicrografía electrónica de epitelio respiratorio. Se observa en A una imagen de microsco- pía electrónica de barrido, la estructura de los cilios que confor- man a las células del epitelio respiratorio indicados con flechas. En B la misma imagen, que muestra ahora la ultraestructura de los cilios indicados con flechas, que al hacer un corte transversal se observa el axonema que conforma estas estructuras. A B A B 63Capítulo 4 La célula: su estructura y función Gracias a que están formados en buena parte por RNA ribosomal, presentan con tinción convencional (hematoxi- lina-eosina) una fuerte basofilia. Proteasomas Los proteasomas son organelos no membranosos, compues- tos de complejos con múltiples subunidades proteicas que funcionan como unidades que degradan proteínas (proteasas) (figura 4-11). Mediante los proteasomas, la célula mantiene un control sobre la proteólisis citoplasmática, la cual es ne- cesaria para bloquear una respuesta metabólica, para rem- plazar a las proteínas dañadas o mal sintetizadas y activar la reacción inmunitaria al segmentar proteínas antigénicas para la presentación a los linfocitos. Algunas proteínas que son degradadas vía proteasoma incluyen: proteínas de se- ñalización, supresoras de tumores, reguladoras del ciclo ce- lular, factores de transcripción, proteínas inhibidoras (cuya degradación activa a otras proteínas) y proteínas antiapop- tóticas, entre otras. El proceso de proteólisis requiere del reconocimiento de la proteína que va a degradarse, este paso incluye la po- liubiquitinación, en el cual la proteína ubiquitina se une a un residuo de lisina en la proteína blanco. Dicho proceso se lleva a cabo mediante la enzima E1 cuya función es activar y transferir la ubiquitina al acarreador E2 que la transfiere a la enzima E3, misma que finalmente une la ubiquitina a la proteína blanco. Este proceso ocurre varias veces de forma que la proteína se poliubiquitina. Una vez que es marcada la proteína pasa al proteasoma donde es degradada. El proteasoma está formado por una partícula central 20S que se asocia con los extremos con una o dos partículas reguladoras 19S. La unidad 20S es un cilindro compues- to por cuatro anillos apilados, dos anillos centrales (anillos beta) y dos anillos externos (anillos alfa). Las unidades re- guladoras son capaces de unir la cadena de poliubiquitina y escindirla de la proteína sustrato. El sustrato es desnaturali- zado y dirigido al núcleo proteolítico. Los dos anillos alfa de la partícula 20S y la partícula 19S forman un canal estrecho a través del cual pueden pasar sólo las proteínas desnatura- lizadas o no plegadas. La cámara catalítica, formada por los dos anillos beta de la partícula 20S, contiene tres sitios acti- vos que difieren en su actividad y en su especificidad por el sustrato. Estos sitios activos se denominan: 1) de tipo qui- miotripsina, 2) de tipo tripsina y 3) post-glutamil-péptido hidrolasa (PGPH). Las proteínas se degradan en el núcleo del proteasoma de manera progresiva generando péptidos de 3 a 25 aminoácidos de longitud. El proteasoma tiene un papel fundamental en el con- trol del ciclo celular y en la sobrevivencia; debido a ello, alteraciones en su función se relacionan con el cáncer. Sin embargo, existen diversas patologías asociadas con la dis- función de este organelo, entre las que se encuentran en- fermedades neurodegenerativas, autoinmunes, cardiacas y virales. Inclusiones citoplásmicas y pigmentos Son componentes de las células que carecen de actividad metabólica, consisten en productos accesorios metabólicos, formas de depósito de nutrientes, cristales y pigmentos. Las inclusiones citoplásmicas pueden ser naturales cuando son producidas por la célula como resultado de la activi- dad metabólica, o bien artificiales cuando son adquiridas de manera exógena. En las células las sustancias pueden acumularse a ma- nera de reserva formando inclusiones como: • Glucógeno. Es la forma de depósito de la glucosa en los animales. Al microscopio electrónico se obser- va en forma de racimos dispersos en el citoplasma, principalmente en hepatocitos y en células muscula- res, donde éste es muy abundante (figura 4-17A). • Lípidos. Son la forma de depósito de los triglicéridos, los cuales se observan como gotitas en el citoplasma cuyo tamaño varía entre 1 mm hasta 100 mm. Esta inclusión no sólo se encuentra en células especializa- das como los adipocitos, sino en diversos tipos celu- lares como los hepatocitos. Los solventes empleados en la técnica histológica disuelven a los lípidos, lo que deja un espacio vacío donde éstos se encontraban, por lo que en preparaciones histológicas se observa una imagen negativa de estas inclusiones. Sin embargo, el uso de algunas técnicas de tinción específicas como el Sudán Negro, Sudán III, Sudán IV, rojo oleoso y el osmio (empleado en microscopía electrónica) permi- ten identificarlos con claridad. • Carbón. Es una inclusión exógena, que también corresponde a un pigmento, el cual se inhala y acu- mula en los macrófagos alveolares que lo fagocitan, confiriéndoles un color negro. El acúmulo de carbón en los pulmones se conoce como antracosis (figura 4-17F). Otro tipo de inclusiones son los pigmentos, los cuales son sustancias con color propio; entre ellos se encuentran: • Melanina. Pigmento endógeno más común elabora- do por los melanocitos de la piel y el pelo, las células de pigmento de la retina y las neuronas de la sustancia nigra en el cerebro. Tiene una función de protección de los rayos UV en el caso de la piel y favorecen la visión en la retina (figura 4-17B y C). • Hemoglobina. Junto con la melanina es el pigmento más común, es una proteína que se encuentra en el ci- toplasma de los eritrocitosy se encarga del transporte del O2. Cuando se metaboliza se transforma en otro pigmento llamado hemosiderina (figura 4-17D). Las inclusiones también pueden ser una forma de de- secho; en este caso se encuentran: Histología y biología celular64 • Lipofuscina. Pigmento endógeno amarillo pardo presente en células de vida prolongada como las neuronas del sistema nervioso central y las células del músculo cardiaco. Se cree que representan los remanentes no digeribles de la actividad lisosómi- ca (figura 4-17E). • Bilirrubina. Producto de la degradación del grupo hemo. Cuando se deposita en los tejidos les propor- ciona un color amarillento que clínicamente se co- noce como ictericia. • Hemosiderina. Pigmento cristalino o granular, endó- geno, producto de la degradación de la hemoglobina en la que se acumula el hierro en las células. Cuando existe un exceso local de hierro, éste se acumula en apoferri- nas, que forman micelas ferritina, mismas que darán lugar a la hemosiderina, la cual se observa en los sitios con hemorragias localizadas, como el caso de los mo- retones, o en sitios con muchas hemorragias pequeñas, como en la congestión grave en los vasos sanguíneos. Algunas células presentan cristales que se presume corresponden a formas cristalinas de algunas proteínas. La función de estas inclusiones se desconoce pero son muy características de algunas células testiculares como las de Sertoli que presentan cristales de Charcot-Bôttcher y las células de Leydig que exhiben en su citoplasma cristales de Reinke distinguibles mediante microscopía electrónica de transmisión. El eosinófilo es otra célula que se identifica por sus cristales. Es característico ver en su citoplasma unos grá- nulos con un centro cristalino que se forma por la pro- teína básica mayor, la catiónica y la neurotoxina de- rivada de los eosinófilos. En el capítulo 9 de sangre se analizan con más detalle las funciones de estos cristales (figura 4-17D). En las células endoteliales de las arterias se reporta la presencia de los cuerpos de Weibel-Palade, que corres- ponden a una glucoproteína que se libera cuando se lesiona el endotelio, y facilita la agregación de las plaquetas. En el caso de los peroxisomas, organito membranoso ya mencio- nado en párrafos anteriores, tienen en su interior una es- tructura cristalina constituida por la enzima urato oxidasa, estructura que le es muy característica. Figura 4-17. Inclusiones y pigmentos. Se muestran mediante microscopía de luz diferentes ejemplos de células que presentan inclu- siones y pigmentos. A) Los hepatocitos almacenan glucógeno el cual, con la tinción de carmín de Best, se evidencia precisamente en color carmín. B) Las neuronas de mesencéfalo se caracterizan por la presencia de neuromelanina, las neuronas presentan gránulos en su soma de neuromelanina (flecha). C) La melanina es un pigmento que también se encuentra en las células de la epidermis, como se muestra con una flecha en los melanocitos. D) Los eritrocitos que presentan como pigmento la hemoglobina que les da el color rojo se marcan con una flecha. En esta imagen también se observa al centro un eosinófilo que contiene algunos cristales en sus grá- nulos rojos. E) Los miocardiocitos almacenan lipofucsina, un pigmento de desgaste que se observa en rojo y se marca con una flecha. F) Los macrófagos fagocitan una gran cantidad de tóxicos, entre ellos el carbón; sin embargo, éste no puede ser degradado y permane- ce en su citoplasma, como se observa en esta imagen. A D B E C F 65Capítulo 4 La célula: su estructura y función Ciclo celular Renovación celular Las células de un organismo pueden clasificarse, de acuerdo con su índice mitótico, en: estáticas, estables o renovables. • Poblaciones celulares estáticas. Se refiere a las po- blaciones celulares que salen del ciclo celular a la fase G0 y no se dividen más, como las neuronas del siste- ma nervioso central, los cardiomiocitos, o las células musculoesqueléticas. Sin embargo, aunque son po- blaciones que no suelen dividirse, bajo ciertos estímu- los, algunas de estas células sí llegan a dividirse. • Poblaciones celulares estables. Son aquellas po- blaciones celulares que se dividen de manera esporá- dica y con lentitud para mantener la estructura de los tejidos y órganos. Estas células se dividen ante una agresión, por ejemplo, las células endoteliales, los leiomiocitos y los fibroblastos conforman estas poblaciones. • Poblaciones celulares renovables. Son células que se dividen regularmente, pueden generar dos células hijas que se diferencian o producir dos células hijas que permanecen como madres o precursoras. Las células hijas pueden dividirse una vez o más antes de alcanzar su estado maduro. Las células también pue- den ser de renovación lenta o rápida. En esta última categoría se incluyen las células sanguíneas, las epite- liales, los fibroblastos dérmicos, etc. Las células de renovación lenta son, por ejemplo, las células muscu- lares lisas de la mayor parte de los órganos, las células epiteliales del cristalino. Ciclo celular Las células cumplen un ciclo de vida que incluye su naci- miento o formación, diferenciación, cumplen sus funciones y finalmente mueren. El ciclo celular entonces es una se- cuencia de acontecimientos autorregulados, que controla el crecimiento y división de las células y su finalidad es pro- ducir dos células idénticas a la célula madre. El ciclo celular se compone de diferentes fases, que se clasifican de acuerdo con las actividades de la célula en: 1) interfase que incluye las fases G1, S y G2, y 2) mitosis o fase M. La interfase es la fase más larga del ciclo celular e incluye todas las activi- dades metabólicas que realiza la célula a fin de prepararse para dividirse como la formación de una gran cantidad de histonas, DNA polimerasas, tubulinas y otras proteínas que necesitará para la fase M. La fase M incluye: a) la di- visión del material genético en las dos células hijas y b) la citocinesis o división del citoplasma. Dado que es necesario que se realicen todos los even- tos que incluyen el ciclo celular de manera regulada y correcta para obtener células viables, a lo largo de este proceso existen diferentes puntos de control que revisan que los eventos importantes como la síntesis de DNA o el crecimiento de la célula se hayan llevado a cabo de manera correcta; si no es así, estos mecanismos despliegan una serie de señales que mandan a la célula a revisar el daño; si éste es reparable, la célula espera hasta que se haya resarcido el daño; si no lo es, la célula enciende los mecanismos de muerte celular por apoptosis. De tal forma que los puntos de control verifican y modulan la progresión de las células a través del ciclo ce- lular en respuesta a las señales intracelulares o del medio en el que se encuentren. Interfase Fase G1 Es la primera fase del ciclo celular, durante la cual la célula aumenta su volumen, sintetiza RNA y con ello todas las proteínas necesarias para la síntesis de DNA, como histo- nas, DNA polimerasas, proteínas no histónicas, etc. Es una fase que transcurre entre una mitosis anterior y una fase de duplicación del DNA. Como la célula acaba de salir de una división celular necesita restaurar su volumen y lo hace en esta fase, sintetizando proteínas todos sus componen- tes. Además, se restablecen los nucleolos e inicia la fase de duplicación del centrosoma un organelo que formará los polos del huso mitótico durante la mitosis. Existen en esta fase dos puntos de control, el primero es muy importante ya que determina el potencial replica- tivo de una célula, revisa si la célula se encuentra lista para poder entrar en ciclo; en este punto se examina que el volu- men celular, los procesos fisiológicos que lleva a cabo la cé- lula y su relación con la matriz extracelular sean adecuados. Por otro lado, el segundo el punto de control o punto de control de daño al DNA mide, como su nombre lo indica, la integridaddel DNA. Si existe algún daño en el material genético, se elevan las concentraciones del guardián del ge- noma, la proteína P53; el punto de control detecta las con- centraciones elevadas de esta proteína y se produce un paro en la entrada a la fase S; si el daño es irreparable la célula muere por apoptosis para no generar células dañadas. Sin embargo, no todas las células se dividen constantemente; aquellas que salen del ciclo celular para ya no dividirse más y diferenciarse de manera terminal —como las neuronas y los cardiomiocitos— se dice que entran en la fase G0. Fase S La fase que sigue a la G1 es la S, en la cual se lleva a cabo la síntesis del DNA (de ahí su nombre); esta fase dura entre siete a 10 horas. Durante este periodo la célula duplica el ma- terial genético que durante la fase M se segregará entre las células hijas. Cada cromosoma se duplica y queda formado por dos cromátides hermanas idénticas que llevan la misma información genética. Al término de esta fase de duplica- ción del DNA, la célula, que tenía inicialmente 23 pares de Histología y biología celular66 cromosomas (2n), finaliza con 46 pares de cromosomas (4n) (23 para cada célula hija). El punto de control de daño al DNA en esta ocasión verifica que se haya llevado a cabo correctamente la duplicación del DNA, lo cual es un punto crucial, para continuar el ciclo. Fase G2 Durante esta fase, la célula se prepara para dividirse, la cé- lula continúa creciendo, se sintetizan RNA y proteína im- portantes para la segregación del material genético como las tubulinas que conforman a los microtúbulos, proteínas motoras, etc. Además se reorganizan los organelos en el citoplasma y el centrosoma ha terminado también su di- visión por lo que ahora hay dos, cada uno forma uno de los dos polos del huso, el cual está listo para unirse a los cromosomas y dirigir su segregación. Esta fase tiene una duración de tres a cuatro horas. Termina cuando empieza a condensarse el material genético en el núcleo, lo cual marca el inicio de la mitosis. El paso de una fase a otra del ciclo celular es regulado mediante proteínas que se sintetizan y degradan de forma cíclica durante este proceso, llamadas ciclinas; estas pro- teínas son reguladas específicamente por diversas cinasas. Estos complejos proteicos ciclina/cinasa pueden impulsar a que la célula entre en ciclo, y pase de una fase a otra, salga de él, o bien se detenga. Existen diversos de estos complejos y cada uno regula la entrada o salida de fases específicas, por ejemplo: • Ciclina D-Cinasa Cdc 4/6: regula la progresión de la fase G1. • Ciclina E-Cinasa Cdc 2: permite la entrada a la fase S. • Ciclina A-Cinasa Cdc 2: regula la progresión de la fase S. • Ciclina A-Cinasa Cdc 1: permite el paso de la fase S a la fase G2 y la entrada a la fase M. • Ciclina B-Cinasa Cdc 1: favorece la salida de la inter- fase y la entrada a la mitosis. Mitosis La mitosis es el proceso por el cual se generan nuevas cé- lulas a partir de una célula madre, fue descrito por prime- ra vez en 1880 por el biólogo alemán W. Flemming, quien acuñó el término “mitosis”, que proviene de la palabra grie- ga mitos, que significa “hebra”, y la empleó para reflejar la forma en la cual se observan los cromosomas de las células justo antes de la división. Mediante la mitosis se generan nuevas células, idén- ticas a la célula madre, que contienen el mismo contenido genético. La finalidad de este proceso es mantener la es- tructura de los tejidos, renovar las poblaciones celulares, reparar tejidos, etcétera. La mitosis es la fase de división del material genético y dura aproximadamente una hora en las células de mamí- fero. Involucra dos fases: 1) la cariocinesis o la división del núcleo y con ello la segregación del DNA en las dos células hijas y 2) la citocinesis o la división del citoplasma. Aunque estrictamente la mitosis sólo se refiere a la cariocinesis, y la citocinesis es una fase que sigue a la mitosis, algunos auto- res la refieren dentro de la mitosis. En esta fase hay dos puntos de control importantes, el punto de control del huso mitótico que impide la en- trada prematura a la anafase, y el punto de control de la segregación de los cromosomas, el cual impide que los cromosomas se dividan hasta que se encuentren alineados correctamente en la placa metafásica. La mitosis, como ya se mencionó, sigue a la fase G2 de la interfase y se divide en cuatro fases que se caracterizan por actividades particulares de la célula: 1) profase, 2) metafase, 3) anafase y 4) telofase. Al término de la mitosis (división del DNA) continúa la citocinesis (división del citoplasma). Las fases de la mitosis y la citocinesis se describen a conti- nuación y se observan en la figura 4-18. • Profase. Esta fase inicia cuando los cromosomas se compactan y se hacen visibles al microscopio de luz. Conforme esto sucede, se aprecia la estructura de los cromosomas mitóticos, los cuales se conforman por dos cromátides hermanas (que contienen la mis- ma información genética) unidas al centro por un complejo proteico llamado centrómero. El centró- mero se asocia a DNA satélite, DNA de secuencias repetitivas no codificante que es similar en todos los cromosomas y es un DNA estructural. Algunas de las proteínas que permiten esta compactación son la condensinas. Otras llamadas cohesinas permiten la unión de las cromátides hermanas en el cinetocoro y a lo largo de las cromátides (figura 4-18A). • Prometafase. Es una fase intermedia, entre la pro- fase y la metafase, en la cual, a la par que se forman los cromosomas mitóticos, se disuelven los nucleolos. Otro de los eventos que caracteriza a esta fase es la disolución de la envoltura nuclear, lo cual es favore- cido por la fosforilación de las láminas nucleares, las cuales estructuran al núcleo. Esta señal de fosforila- ción permite que las láminas nucleares se desensam- blen y la envoltura nuclear se disuelva en diversas vesículas que permanecen en el citoplasma hasta la reestructuración de la envoltura nuclear más adelan- te en la telofase. Este evento deja a los cromosomas totalmente descubiertos listos para hacer contacto con los microtúbulos del huso mitótico. • Metafase. Los microtúbulos del huso mitótico que han hecho contacto con los cinetocoros a cada lado de los cromosomas empiezan a moverse de un lado al otro del huso mitótico, acortándose y alargándose con rapidez, buscando el plano medio de la célula o la placa metafásica. El huso mitótico se conforma por dos polos del huso, uno a cada lado de la célula, que 67Capítulo 4 La célula: su estructura y función corresponden a los centrosomas que se dividieron durante la interfase, y tres tipos de microtúbulos que se anclan a cada centrosoma o polo del huso: 1) los microtúbulos astrales, que son cortos y se forman al- rededor del centrosoma para dar estabilidad al huso; 2) los microtúbulos polares, que se forman a la pe- riferia del huso y permiten alargar el huso mitótico para empujar los polos del huso y alejar a los cromo- somas del plano medio y favorecer la separación, y 3) los microtúbulos cinetocóricos, que se asocian a cada lado de los cromosomas mediante su cinetoco- ro y jalan a los cromosomas hacia los polos opues- tos del huso. Los movimientos de los cromosomas a través de los microtúbulos son posibles gracias a la dinámica de polimerización y depolimerización de los microtúbulos y a la acción de proteínas motoras que dirigen el movimiento de los cromosomas y que estabilizan a los microtúbulos. La metafase concluye cuando los cromosomas han quedado alineados so- bre la placa metafásica. En esta fase el punto de con- trol de la metafase revisa que todos los cromosomas se encuentren alineados y unidos en cada cromátide a los microtúbulos del huso, de lo contrario existe un paro en metafase, hasta que cada cromosoma se aso- cie con los microtúbulos del huso; si esto no sucede, la célula muere por apoptosis, de no ser asíse ge- nerarían células aneuploides (con diferente número cromosómico, un cromosoma extra o uno menos) con capacidad de tornarse malignas (figura 4-18B). • Anafase. Durante la anafase los cromosomas se se- paran y cada cromátide hermana se dirige hacia uno de los polos. Las cohesinas que mantenían unidos a los cromosomas por el cinetocoro y a lo largo de sus brazos se inactivan y las cromátides de cada cromo- soma se separan, iniciando por los brazos hasta que- dar sólo unidas por los cinetocoros, finalmente en este punto también se separan. El acortamiento de los microtúbulos cinetocóricos hacia los polos per- mite junto con proteínas motoras, como la dineína, que los cromosomas se acerquen hacia cada polo del huso, estos movimientos en conjunto con el creci- miento de los microtúbulos astrales y polares permi- ten la segregación total de los cromosomas. Es muy importante durante todo el proceso de movimiento de los cromosomas (prometafase-anafase) la partici- pación de motores moleculares como la dineína y la cinesina. La anafase termina cuando las cromátides hermanas se encuentran a cada lado de la célula. En esta fase se empieza a formar en el citoplasma un surco de segmentación que más adelante permitirá la división de las dos células hijas (figura 4-18C). • Telofase. Esta fase se caracteriza por la reconstitu- ción de la envoltura nuclear alrededor de los cromoso- mas en cada polo. Los cromosomas se descondensan y se forma la eucromatina y la heterocromatina como en un núcleo interfásico, se restablece el nucleolo y el surco de segmentación se acentúa. La célula esta lista para dividir su citoplasma (figura 4-18D). • Citocinesis. Comienza con la formación de un sur- co de segmentación en la membrana plasmática (visi- ble desde la anafase), equidistante a cada polo del huso mitótico. La separación por este surco se lleva Figura 4-18. Mitosis. Las fases de la mitosis se resumen en esta figura. Se observan cortes de raíz de lirio con la tinción de Feulgen. El DNA se aprecia en magenta. A) Profase. Los cromosomas lucen como fibras rosadas en el núcleo, en el esquema se ilustra la repre- sentación de los cromosomas. B) Metafase. Los cromosomas aparecen alineados en la placa metafásica. C) Anafase. Note la belleza de los cromosomas cerca de los polos del huso, si centra su atención observará las fibras del huso mitótico formadas por cientos de microtúbulos jalando a los cromosomas. D) Telofase. Aquí se muestran células con dos núcleos, se ha dividido el material genético y se ha formado la envoltura nuclear. A C B D Histología y biología celular68 2 ųm 2 ųm a cabo por un anillo contráctil formado por filamen- tos de actina y miosina tipo II, que forman una malla debajo de la membrana plasmática, la contracción de este anillo permite que la célula se estreche y se es- trangule en el centro, hasta quedar las dos células hi- jas separadas. El anillo contráctil funciona a manera de las asas de las bolsas contenedoras, las cuales al ser jaladas permiten que la bolsa se cierre. Como resultado de la mitosis se tienen dos células hi- jas con igual contenido genético. Muerte celular Se consideraba que la muerte celular programada y la apop- tosis eran un único evento. Actualmente se identifican otras formas de muerte celular, que se resumen a continuación. Apoptosis La apoptosis (o muerte celular programa tipo I) es una va- riante de lo que en el pasado se consideraba un solo evento; la muerte celular programada permite modificaciones durante el desarrollo y en una manera de mantener la mul- ticelularidad de los organismos pluricelulares. Es el princi- pal mecanismo genéticamente regulado por el cual mueren las células, tanto en condiciones normales como patológi- cas. En este caso no hay inflamación. Dicho mecanismo se activa por una vía extrínseca que requiere un receptor y otro intrínseco que se inicia en la mitocondria. Por ambas vías se activa un sistema de proteasas de cisteína y ácido aspártico que se conocen como caspasas. Estas proteínas cortan diversas proteínas, entre ellas a las del citoesqueleto. Lo que define a la apoptosis es que la célula se encoge, la cromatina se condensa, el núcleo se fragmenta y ocurren cambios en la membrana, como la exposición de residuos de fosfatidilserina, que le indican a las células macrofági- cas que la célula debe ser fagocitada. Además, otro cambio morfológico que ocurre en este fenómeno es la formación de burbujas (blebs) en la membrana en las que se empaque- ta el material celular para facilitar su fagocitosis. El movi- miento transmembranoso de fosfatidiletanolamina, princi- palmente en las burbujas, favorece el rearreglo de la actina en estas zonas (figuras 4-19 y 4-20). Necrosis Otro fenómeno de muerte celular es la necrosis que, a di- ferencia de la apoptosis, es pasivo y no está regulado; por lo general resulta de una agresión a la célula que produce una súbita falla en el metabolismo celular, desregulación del flujo de calcio intracelular, formación de especies reactivas de oxígeno y la activación de proteasas. En este caso hay edema y la formación de grumos de cromatina. También se forman burbujas, pero en ellas se pierde la continuidad de la membrana celular. La pérdida de los mecanismos que regular el equilibrio iónico en la célula permite que la célula se hinche y se desintegre, liberando su contenido al entor- no, incluyendo enzima proteolíticas que favorecerán el ini- cio de un proceso inflamatorio (figura 4-19 y 4-20). Autofagia Recientemente se ha considerado a la autofagia como una forma de muerte celular programada que controla la de- gradación de los componentes sobrantes de la célula en situaciones de adaptación a la disminución en la cantidad de nutrientes y para permitir las funciones mínimas de mantenimiento (housekeeping) y uno de esos mecanismos lo hace vía la ubiquitación, vía proteasoma que incluye tan- Figura 4-19. Muerte celular. A) Fotomicrografía electrónica de neuronas apoptóticas y necróticas. Un asterisco señala la ultraestruc- tura de una neurona sana versus una neurona apoptótica, indicada con una flecha. Se muestra en esta última la condensación clásica en media luna de la cromatina en una célula apoptótica, así como la disminución en su tamaño. En B aparecen tres neuronas necróticas indicadas con flechas, se observa picnosis en el núcleo, ruptura y edema de los organelos. Fotografías cortesía de la doctora Laura Colín, Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM). A B 69Capítulo 4 La célula: su estructura y función to a las moléculas de larga vida como aquellas de corta en la célula eucariota. La autofagia se encarga de eliminar y reciclar constituyentes del citoplasma, incluidos organelos completos. Esta vía puede ser mediada por “chaperonas” o la microautofagia y macroautofagia. En esta variante de muerte celular, conocida también como muerte celular programada tipo II, preserva a los componentes del citoesqueleto, comparado con la apoptosis. Es de interés notar que la autofagia también elimina virus y bacterias intracelulares, un proceso denominado xenofagia. Catástrofe mitótica Entre estas variantes de muerte celular programada tam- bién se considera a la catástrofe mitótica, que parece estar relacionada con la activación anormal de la ciclina B/Cdk 1, la que desencadena la muerte. Esta forma de muerte se debe a la permeabilización de la membrana mitocondrial, que permite la liberación de los efectores para que la muerte se desencadene. Senescencia celular La senescencia se caracteriza por el acortamiento de los te- lómeros, que son las secuencias repetitivas que protegen el final de los cromosomas. En cada división celular esta sec- ción se acorta, hasta llegar a un límite que lleva a la célula al arresto del ciclo celular. Esta forma de muerte está regulada por los genes p53 y retinoblastoma (Rb). Hay datos que su- gieren que esta forma de muerte es una manera de proteger a la célula de daño al DNA.Se ha visto en células tratadas con ciertos agentes que se utilizan para tratamiento del cáncer, y comparte ciertas características con la apoptosis. Correlación clínica La mitocondria se altera en varias patologías y en el caso de mutaciones en las proteínas que determinan la fisión el resultado puede ser letal. Una mutación en la proteína DLP1 se identificó en un producto femenino que sólo vi- vió un mes y en ella se detectaron alteraciones en la fisión mitocondrial que se compartían con los peroxisomas. Se encontró también microcefalia así como atrofia e hipopla- sia óptica. No es raro encontrar alteraciones mitocondriales en enfermedades como Parkinson o Alzheimer o en la corea de Huntington. Los cambios que se han referido son: rotu- ra, edema, megamitocondrias, pérdida de crestas, cuerpos densos, por mencionar algunos. Necrosis Rotura de membrana y tumefacción Desintegración e inflamación Vesiculación de la membrana, formación de cuerpos apoptóticos Disminución de volumen celular Apoptosis Figura 4-20. Esquema de la muerte celular. Se resumen los eventos que caracterizan a la apoptosis y necrosis, también es posible apreciar las diferencias en los procesos. Histología y biología celular70 Las únicas células que no tienen mitocondrias son los eritrocitos y las amibas. Los filamentos intermedios se emplean como marcadores celulares para identificar la estirpe de ciertos cánceres. Alberts B, Jonhson A, Lewis J et al. 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Bibliografía Capítulo 5 Epitelios Introducción Cuando estuvo disponible la posibilidad de observar secciones de estructuras en el microscopio de campo claro, llamó la atención que ciertas estructuras seguían patrones organizados de células. Cuando estas células se asociaban con una determinada finalidad recibieron el nombre de tejidos. Cabe definir a un tejido como el con- junto organizado de células que funcionan de manera colectiva. Además, estas células organizadas se comunican entre ellas a través de las uniones intercelulares y, de acuerdo con las necesidades funcionales del tejido, modifican su estruc- tura formando lo que se conoce como especializaciones de membrana. Tomando como antecedentes los patrones de organi- zación, su origen embriológico y su fisiología, se considera que hay cuatro tejidos básicos. Son clasificados como bási- cos porque en mayor o menor cantidad se les identifica en los órganos. • Tejido epitelial. Reviste superficies y cavidades y for- ma glándulas. • Tejido conjuntivo. Da sustento a los otros tres tejidos tanto en su estructura como para realizar las funcio- nes especiales de los otros tejidos. • Tejido muscular. Está formado por células contrác- tiles que participan en el movimiento y el traslado de organismos completos, o de estructuras como las vísceras y los vasos sanguíneos. • Tejido nervioso. Recibe, transmite e integra infor- mación del ambiente exterior e interior para contro- lar las actividades del organismo. Cada tejido reúne una serie de características mor- fológicas y funcionales que permiten su identificación y que se revisan por separado en éste y los siguientes tres capítulos. Generalidades Los epitelios son tejidos conformados por células que pre- sentan características estructurales comunes, en particular la fuerte cohesión entre ellas, con escasa o nula matriz ex- tracelular; esta íntima relación permite que puedan funcio- nar como barreras, de ahí que estén presentes tapizando las superficies corporales tanto externa como internamente; se pueden encontrar desde la piel hasta el vaso sanguíneo de menor calibre; de manera adicional forman glándulas y algunas células epiteliales permiten al organismo la co- municación con el ambiente al modificarse como células receptoras especializadas en reconocer estímulos quími- cos, mecánicos o dolorosos en órganos sensoriales (gusto, olfato, oído, visión). Características morfofuncionales Una característica básica de las células epiteliales tiene que ver con los constituyentes de su citoesqueleto, mismos que les permiten conservar su forma, relacionarse con es- tructuras vecinas y mantener los organelos en posiciones específicas (polaridad celular). Son tres tipos de filamentos los que interactúan entre ellos para formar el citoesqueleto epitelial: microfilamentos, microtúbulos y filamentos inter- medios. Los microfilamentos presentan un diámetro de siete nanómetros, son enlazados a partir de moléculas globula- res de actina que se unen para formar la actina filamentosa utilizando ATP. Estos filamentos se anclan a la membrana celular a través de proteínas tipo plectinas y contribuyen a la formación de las uniones celulares laterales; los microtúbu- los presentan mayor diámetro (20 nanómetros), se ensam- blan a través de moléculas a y b tubulina, las cuales se po- limerizan formando protofilamentos, los cuales finalmente se organizan en grupos de 13 y forman tubos huecos; los filamentos intermedios se agregan en paquetes de diámetro variado, no polarizan y sirven como “andamio” para el cito- Epitelios CAPÍTULO 5 Liliana Salazar Monsalve Histología y biología celular72 funciones se pueden dividir por conveniencia en protecto- ras y metabólicas. Entre las funciones asociadas con pro- tección se incluye protección mecánica al roce y fricción, protección a pérdida de fluidos, lo cual evita desecación y protección a invasión por agentes extraños. Entre las funciones metabólicas más importantes se encuentra el transporte iónico; todas las sustancias que entran o salen del cuerpo deben pasar a través de un epitelio, las cuales son controladas por este último. Este transporte implica funciones de absorción y excreción en muchos casos. Las secreciones de las glándulas, tanto exocrinas como endo- crinas, también pueden ser consideradas dentro de las fun- ciones epiteliales metabólicas. La mayoría de los epitelios se encuentran en continuo reemplazo, teniendo algunos mayor capacidad, por ejem- plo, la epidermis o el epitelio de revestimiento gástrico. Esta característica es vital, pues debe existirun equilibrio entre la génesis y la pérdida celular. Criterios y clasificación de los tejidos epiteliales Para clasificar los epitelios se tienen en cuenta parámetros morfológicos y funcionales; tradicionalmente el paráme- tro morfológico se basa según las formas que las células ad- quieren cuando se observan al microscopio, poco se tiene en cuenta la función, por eso puede existir una yuxtaposi- ción entre estas clasificaciones; así existen: • Epitelios de revestimiento. • Epitelios glandulares. • Epitelios sensoriales. Los epitelios sensoriales son altamente especializados y se describen con los órganos de los sentidos. La distin- ción entre epitelios de revestimiento y secretores no revela ninguna diferencia general. Los epitelios de revestimiento pueden secretar y los epitelios secretores son al mismo tiempo protectores de superficies. La diferencia estriba en el carácter funcional más importante. Epitelios de revestimiento Al recubrir superficies corporales internas y externas, tales epitelios crean barreras selectivas entre el medio externo y el tejido conjuntivo ubicado debajo de la membrana basal. La clasificación de los tejidos de revestimiento es descripti- va y se basa en tres parámetros: 1. El número de capas que poseen observadas a partir de la membrana basal. 2. La morfología o forma de las células más superficiales. 3. El tipo de especialización que puedan presentar en su superficie libre o apical. esqueleto; en las células epiteliales de los vertebrados estos filamentos están conformados por queratinas. Las principales características de los epitelios son: 1. Polaridad morfológica y funcional. Las células epi- teliales que conforman los epitelios simples presentan una distribución asimétrica de las organelas citoplas- máticas y la membrana plasmática se encuentra com- partimentalizada, definiendo dominios morfológicos y bioquímicos para cada función. Esta característica permite la definición de regiones celulares apical, late- ral y basal (figura 5-1). 2. Presencia de membrana basal. La superficie basal de los epitelios se encuentra fijada a una capa acelular conformada por glucoproteínas y por proteoglucanos proporcionados tanto por las células epiteliales como por el conjuntivo subyacente. Debido a las característi- cas de esta estructura, los epitelios son avasculares, es decir, no presentan vasos sanguíneos y tanto su nutri- ción como eliminación de productos de desecho se da por procesos de difusión hacia el sistema vascular del conjuntivo subyacente. 3. Desarrollo de uniones intercelulares laterales es- pecializadas. Se establecen mediante los filamentos de citoesqueleto y moléculas de adhesión celular (CAM, del inglés cell adhesion molecules) (figura 5-1). Son las responsables de la fuerte cohesión celular lateral. Debido a su estratégica ubicación, los epitelios fun- cionan como interfase entre los distintos compartimientos biológicos; permiten separarlos y regulan el intercambio molecular entre ellos. Por sus características y relación con otros tejidos desempeñan variadas funciones, todas de gran importancia para la integridad del organismo: estas Región apical Región lateral Región basal Figura 5-1. La polaridad en las células epiteliales permite de- finir regiones: apical, basal, lateral, cada una con características morfofuncionales diferentes. 73Capítulo 5 Epitelios Las células de este tipo se ubican en sitios donde se re- quiera una rápida difusión o transporte de sustancias; por ejemplo, en el revestimiento de los alveolos pulmonares, de los vasos sanguíneos y linfáticos, de las cavidades cardiacas y de las cavidades serosas. En esta clasificación se incluyen la cápsula de los corpúsculos renales (figura 5-3C) y el re- vestimiento posterior de la córnea, entre otros lugares. En el revestimiento interno de los vasos sanguíneos to- man el nombre de endotelio (figura 5-3A). En el revestimiento interno de cavidades cerradas del cuerpo, cavidad pleural; la pericárdica y la del tracto gas- trointestinal o abdominal reciben el nombre de mesotelio (figura 5-3B). Epitelios cúbicos simples Sus células en realidad no tienen forma de cubos, sino que recibieron ese nombre por el aspecto que daban a los cortes perpendiculares. Se encuentran en riñón (figura 5-4A), en muchos con- ductos de las glándulas exocrinas, en la cubierta externa del ovario. Este tejido ofrece como principal característica funcional la protección y en órganos especializados puede contribuir a absorción. Epitelios cilíndricos simples Al corte perpendicular sus células dan la apariencia de una columna, estrecha pero alta. Dada su altura, presen- tan abundante citoplasma, con aumento de organelas que les permite desempeñar funciones de absorción o secre- ción, según sea la ubicación del tejido. La posición del nú- cleo puede ser basal. Se ubica en los conductos colectores de riñón, recubriendo la superficie interna de estómago (figura 5-5). Clasificación según número de capas y forma celular Según el número de capas, los epitelios pueden ser de dos tipos: 1. Simples. Formados por una sola hilera de células a partir de la membrana basal. 2. Estratificados o compuestos. Cuando tienen dos o más capas a partir de membrana basal (figura 5-2B). Según la morfología celular pueden ser: 1. Planos o escamosos. Las células son bajas, alargadas horizontalmente, sólo se engrosan en el sitio donde se encuentra el núcleo. 2. Cúbicos. Las células presentan una distribución homo- génea del citoplasma con un ancho, altura y profundidad aproximadamente iguales; el núcleo es redondeado. 3. Cilíndricos o columnares o prismáticos. Las células se observan más altas que anchas y por lo general su núcleo ovalado se encuentra en la ubicación basal (figura 5-2A). Epitelios de revestimiento simples Son aquellos que están conformados por una capa de célu- las a partir de la membrana basal. De acuerdo con la forma de la célula, se encuentran: • Epitelios planos simples. • Epitelios cúbicos simples. • Epitelios cilíndricos simples. • Epitelios seudoestratificados. Epitelios planos simples Son células aplanadas con un grosor promedio de 0.1 mi- cras, tienen escaso citoplasma, con un alto contenido de vimentina en sus filamentos intermedios. Plano o escamoso Cúbico Cilíndrico Epitelio simple Epitelio estratificado o compuesto Figura 5-2. A) Los epitelios de revestimiento se clasifican según el número de capas en simples, cuando a partir de la membrana basal (en amarillo) presentan una sola hilera de células. B) Desde el punto de vista morfológico se describen células epiteliales planas o esca- mosas cuando presentan escaso citoplasma y el núcleo es alargado en el sentido del corte; cúbicas cuando presentan núcleo redondo y citoplasma semejante a cubo; o cilíndricas o prismáticas, mayor cantidad de citoplasma, célula estrecha y núcleo generalmente basal. A B Histología y biología celular74 vellosidades. En condiciones normales pueden localizarse más de 1 000 por cada célula y en el intestino delgado pue- den llegar hasta 3 000 por cada célula. Contribuyen a un au- mento de superficie de contacto. Se encuentran en células cuya función principal es la absorción. Los revestimientos internos de intestino delgado, intestino grueso y vesícula biliar son ejemplos típicos de ellos (figura 5-6). Epitelio cilíndrico simple con cilios. Los cilios son prolon- gaciones móviles que se proyectan desde la superficie libre de algunas células epiteliales. Por medio de movimientos ac- tivos, similares al de una ola, son capaces de mover líquidos o moco en una dirección determinada en la superficie apical epitelial. Los cilios miden de siete a 10 micras de longitud y pueden tener alrededor de la mitad de la longitud de la célula. El revestimiento interno de la tuba uterina y de la vía aérea superior presenta este tipo de especialización (figura 5-7). Epitelios cilíndricos simples con especializaciones Según la función dispuestapara un órgano específico, los epite- lios cilíndricos simples pueden desarrollar especializaciones en su región apical, tipo microvellosidades, cilios y estereocilios. Epitelios cilíndricos simples con microvellosidades. Las microvellosidades corresponden a las prolongaciones cito- plasmáticas de las células epiteliales a nivel de la región apical o superficie libre de la célula, cada una rodeada por membrana citoplasmática. El diámetro y la longitud de cada microvellosidad no va más allá de 0.21 micras. El inte- rior de cada microvellosidad contiene un haz longitudinal de microfilamentos de actina. A través de la microscopía de luz se observa un borde refringente a lo largo de la superficie apical, denominado borde en cepillo, el cual corresponde al conjunto de micro- Figura 5-3. A) Epitelio plano simple-endotelio. Fotomicrografía de un pequeño vaso sanguíneo. Note la capa de células epiteliales con núcleos aplanados protruyendo hacia la luz del vaso (flecha). Como estructura este tejido se denomina endotelio. B) Epitelio plano simple-mesotelio. La túnica externa de intestino presenta una cubierta conformada por una hilera de células epiteliales planas. Por su ubicación y origen embriológico se denominan mesotelio. C) Epitelio plano simple. En la microfotografía se observa un corpúsculo renal. El detalle es que su cápsula está conformada por epitelio plano simple (flechas). A B C Figura 5-4. Epitelio cúbico simple. Sector de riñón donde se identifican con facilidad estructuras redondeadas (túbulos rena- les), tapizadas células epiteliales con núcleos redondos (flecha) y citoplasma dispuesto alrededor de ellos en forma homogénea. Figura 5-5. Epitelio cilíndrico simple. Microfotografía donde se observa el revestimiento interno del estómago tapizado por células epiteliales altas, con núcleos cercanos a la membrana basal. 75Capítulo 5 Epitelios apicales, así, se reconocen dos variedades: ciliados y con estereocilios (figura 5-2A). Epitelios seudoestratificados cilíndricos ciliados. Esta variedad se encuentra en las vías aéreas, parte de cavidad nasal, parte de laringe, tráquea, bronquios, tuba auditiva y saco lacrimal (figura 5-8). Epitelios seudoestratificados cilíndricos con estereo- cilios. Este tipo de tejido se desarrolla internamente en las vías genitales masculinas, conductillos eferentes, epidídi- mo, conducto deferente y conducto eyaculador. Presenta células basales pequeñas regeneradoras, células cilíndricas secretoras y otras cilíndricas con largas microvellosidades (figura 5-9). Epitelio cilíndrico simple con estereocilios. Los este- reocilios son microvellosidades extremadamente largas; al microscopio de luz se observan como estructuras finas, se- mejantes a cabellos, unidas por pequeños penachos. Desde el punto de vista funcional son tejidos abortivos, tapizan las vías espermáticas, por ejemplo, epidídimo. Epitelios seudoestratificados Están conformados por una sola capa de células a partir de la membrana basal; sin embargo, debido a que dan la apariencia de varias hileras se les dio este nombre; en él se reconocen células pequeñas, basales con núcleos redondos y células altas cilíndricas, predominan las de morfología cilíndrica; muchos de ellos desarrollan especializaciones Figura 5-6. Epitelio cilíndrico simple con microvellosidades. Microfotografía de un sector de intestino delgado. Revistiendo su luz y tapizando las vellosidades intestinales se encuentra este tipo de epitelio; la población celular más numerosa corresponde a células absortivas o enterocitos (células epiteliales cilíndricas con microvellosidades), desempeñan una importante función en la captación de los nutrientes. Note la fuerte acidofilia hacia la región apical. A B Figura 5-7. Epitelio cilíndrico simple ciliado. Preparación de un sector de tuba uterina. Algunas células presentan a nivel luminal prolongaciones cortas, fáciles de identificar (flecha). En esta región son importantes para el transporte del ovocito. Figura 5-8. Epitelio cilíndrico seudoestratificado ciliado. Microfoto- grafía de sector de tráquea. Este tejido se observa conformado por célu- las de tamaños variados, todas partiendo de la membrana basal, algunas pequeñas, con núcleos redondos, no alcanzan la región apical; otras, con núcleos alargados llegan hasta la región apical; esta organización fue determinante para asignarle el nombre de “falsa estratificación”. Histología y biología celular76 Epitelio plano estratificado mucoso o sin especializa- ción. Este epitelio puede encontrarse en regiones húmedas, que si bien están sometidas a desgaste, no sufren por dese- cación. Se encuentran núcleos celulares en relación con la superficie externa. Se localiza en cavidad oral, esófago, par- te del conducto anal, vagina, exocérvix, parte de conjunti- va, porción distal de uretra, vestíbulo de cavidades nasales (figura 5-10). Epitelio plano estratificado queratinizado o con espe- cialización. Este epitelio sólo se encuentra en condicio- nes normales formando la epidermis, capa superficial de la piel. Para adaptarse a la continua abrasión y desecación a la que la superficie corporal se halla expuesta, sus células epiteliales sintetizan proteínas filamentosas tipo querati- nas en un proceso llamado queratinización y, a medida que maduran, van perdiendo organelas hasta que en las capas superficiales sólo se observan láminas aplanadas de queratina (figura 5-11). Epitelio cúbico estratificado Por lo general sólo presenta dos o tres capas de células de morfología cúbica. Se puede ubicar a nivel de conductos de las glándulas exocrinas, por ejemplo, glándulas salivales mayores. La función de este epitelio no está completamen- te aclarada, se asume dada su ubicación que contribuye a la protección y confiere cierto grado de elasticidad (figura 5-12). Epitelios estratificados o compuestos Estos tejidos se caracterizan por presentar dos o más hile- ras de células a partir de la membrana basal. Se desarrollan en sitios donde la fricción o el desgaste son mayores; el gra- do y naturaleza de la estratificación están relacionados con la clase de estrés f ísico al que la superficie esté expuesta; precisamente por su estratificación su principal función es la protección, aunque pueden ser moderadamente permea- bles al agua y a otras pequeñas partículas. Su clasificación morfológica se basa en la observación de las células del estrato o la región que se encuentre en relación con la luz del órgano que se está reconociendo, nunca en las capas basales, pues éstas siempre muestran tendencia cúbica. Estas células apicales determinarán por su forma qué tipo de epitelio se observa: plano, cúbico, cilíndrico o transicional. Epitelio plano estratificado Es un tejido compuesto por un número variable de capas celulares que muestran una transición morfológica de cu- boidales cercanas a la membrana basal a planas en las capas superficiales. Las capas basales realizan mitosis y a medida que maduran ascienden a la región apical, donde después de envejecer son desprendidas; de esta forma se reempla- zan las células que se dañan casi de manera continua. Existen dos variedades de este tipo de epitelio, depen- diendo si reviste o recubre una región anatómica húmeda o seca: estratificado mucoso o sin especialización y estratifi- cado queratinizado o con especialización. Figura 5-9. Epitelio cilíndrico seudoestratificado con estereo- cilios. Microfotografía del sector de epidídimo, parte de vía conductora genital masculina. El desarrollo de microvellosidades largas es importante en esta región para absorber fluido seminal. Figura 5-10. Epitelio plano estratificado mucoso. El esófago (microfotografía) en su región interna está bordeado por un epitelio estratificado. Las capas de células basales se observan muy definidas con relación al conjuntivo subyacente; observe cómo varía la morfología celular a medida que las células maduran y llegan a la región apical, siempre conservando sus núcleos.La relación entre epitelio y conjuntivo es irregular, evento que facilita los procesos de difusión para la nutrición del tejido avascular. 77Capítulo 5 Epitelios extienden hasta la región apical, muchas veces son binu- cleadas, característica que permite ubicar el epitelio tran- sicional como epitelio estratificado, con características de seudo estratificado, con características similares a un epi- telio seudoestratificado. Estas características morfológicas permiten al epitelio adaptarse a los cambios cíclicos en la presión hidrostática durante el llenado y el vaciamiento de vejiga. Cuando la vejiga está llena, el tejido se adelgaza, las células apicales de ser redondeadas pasan a ser aplanadas; debido a estos cambios adaptativos se denomina transicio- nal (figura 5-13A y B). Su función primaria es formar una barrera para evitar la entrada de agentes patógenos y realizar un alto control al paso de agua, iones y solutos (impermeabilidad) dado que la concentración y el pH de orina son diferentes que el de sangre. Polaridad celular y características específicas Como muchas otras células del organismo, las epitelia- les desarrollan tempranamente una disposición espacial asimétrica de sus componentes que dividen la membra- na plasmática en dominios funcionales y morfológicos, y les permite interactuar con el medio interno y externo de manera diferente. La generación de la polarización es un proceso que requiere de varias señales extracelulares y de la reorganización de las proteínas en el citoplasma y en la membrana plasmática; una vez generada, la distribución polarizada es mantenida por la segregación y retención de las proteínas y los lípidos en las diferentes regiones de la membrana. Epitelio cilíndrico estratificado Este tipo de tejido no es común en el ser humano. Con- formado por dos hileras de células, ambas de morfología cilíndrica. En algunas ocasiones se le encuentra a nivel de uretra peneana o conjuntiva. Epitelio transicional o polimorfo Recibe también el nombre de urotelio. Se ubica de modo exclusivo en las vías urinarias: cálices mayores, pelvis renal, uréter, vejiga y primera porción de uretra, tanto femenina como masculina. En su composición se distinguen tres tipos celulares: células basales, adyacentes a la membrana basal, peque- ñas, sirven como precursoras para las otras capas celu- lares; células intermedias, piriformes y células apicales o en sombrilla, amplias, parten de la membrana basal y se Figura 5-11. Epitelio plano estratificado queratinizado. Conforma el estrato superficial de la piel, la epidermis; a diferencia del epitelio plano estratificado mucoso, en este tejido las capas superficiales celulares pierden sus núcleos, región denominada estrato córneo o capa de queratina. Las variaciones en el grosor de la epidermis son dadas principalmente por variaciones en este estrato. En la microfotografía B (piel delgada) se observa un delgado grosor del estrato córneo en tanto que la preparación de la figura A muestra un sector de piel gruesa (palma de la mano) donde se visualiza aumento del grosor de esta región. La relación entre epitelio y conjuntivo es irregular, con profundas protrusiones hacia el epitelio, denominadas papilas dérmicas. Figura 5-12. Epitelio cúbico estratificado. Son pocos los ejem- plos de este tipo de tejido; en la microfotografía se observa un sec- tor de dermis y se señala un conducto de una glándula sudorípara. A B Histología y biología celular78 Cuando el medio de observación es la microscopía elec- trónica de transmisión y la fijación de la muestra se realiza químicamente, siguiendo el contorno celular se observa una capa de un grosor aproximado de 40 a 60 nanómetros, llamada lámina basal o lámina densa, la cual aparece sepa- rada de la superficie celular por un espacio conocido como lámina lúcida o lámina rara. Por debajo de la lámina basal se desarrolla una capa de grosor variable, la lámina reticu- lar, constituida por fibrillas de colágeno, fibronectina y fibri- lina (figura 5-15). La asociación entre esta lámina reticular y la lámina basal es la estructura que se cree se observa a la microscopía de luz como membrana basal. Experimentalmente, a través de la disponibilidad de can- tidades considerables de membrana basal proveniente de tumores, de membranas amnióticas y de tejidos embrionarios La polaridad en los epitelios se manifiesta en: 1. Diferencias en la estructura y en las propiedades de las superficies apical, lateral y basal de cada célula. 2. Distribución vectorial de los organelos celulares en el interior del citoplasma para facilitar mecanismos como absorción o secreción de glucoproteínas. 3. Una constitución molecular diferente de la membrana plasmática en la región apical, en la región basal o en la región lateral (figura 5-1). Región basal celular y sus especializaciones La asociación entre la porción basal de la membrana plas- mática epitelial y el conjuntivo subyacente se establece y mantiene mediante el desarrollo de estructuras complejas en su organización y que pueden resumirse en tres tipos: 1. Membrana basal. 2. Uniones adherentes o uniones célula-matriz extracelular. 3. Pliegues basales. Membrana basal Corresponde a una estructura laminar de matriz extra- celular (MEC) ubicada entre el epitelio y el conjuntivo, desarrollada por las células epiteliales y muchas otras de ori- gen mesenquimatoso. Dependiendo del sistema de micros- copía que se utilice para su observación, podrán identificarse en mayor o menor grado sus componentes; así, a través de la microscopía óptica y utilizando coloraciones especiales como el ácido peryódico-reactivo de Schiff (técnica de PAS) se observará como una delgada línea de color púrpura entre los dos tejidos (figura 5-14). Mediante coloraciones de rutina como la hematoxilina-eosina (H-E) no podrá ser identificada. Figura 5-13. Epitelio transicional. La imagen presenta estratificación notable según el grado de distensión al que esté sometido. Con mayores magnificaciones se pueden observar las células apicales con forma de cúpula y algunas de ellas presentan binucleación. A B Figura 5-14. Las membranas basales de los tejidos epiteliales no son visibles con coloraciones rutinarias. En la microfotografía se observa coloreada con ácido peryódico de color púrpura. 79Capítulo 5 Epitelios a su vez interactúan con filamentos presentes en el cito- plasma. Estas uniones forman parte del grupo de uniones adherentes; en epitelios se reconocen dos tipos: 1. Contactos focales. Cuando la unión se realiza con microfilamentos de actina. 2. Hemidesmosomas. Cuando la relación la establecen con filamentos intermedios. Contactos focales o adhesiones focales Son vínculos estructurales celulares establecidos por medio de las integrinas, las que a través de sus dominios extrace- lulares se unen a las moléculas de matriz extracelular y por los dominios citoplasmáticos se anclan a microfilamentos de actina. Por lo general poseen una cara citoplasmática a la que se unen los filamentos de actina, una región trans- membrana de conexión y una cara extracelular que se une a las glucoproteínas laminina y fibronectina. Estas uniones desempeñan una importante función de soporte al estrés por tensión de las células al translucir se- ñales mecánicas externas en señales bioquímicas internas y favorecer la migración celular en procesos de diferencia- ción, migración y proliferación, todos importantes para la cicatrización y embriogénesis. Hemidesmosomas Son complejos de unión especializados que median la adhe- sión de las células epiteliales a la membrana basal subyacen- te; se encuentran en epitelios que deben soportar fuertes tensiones, sobre todo los estratificados planos y transicionales. Recibieron ese nombre porque al ser observadas al microsco- pio electrónico de transmisión (MET) semejaban la mitad de un desmosoma (unión epitelial de asociación de filamen- tos intermedios). Posteriormente se aclaró su constitución,encontrándose que si bien unen filamentos intermedios, lo hacen a través de proteínas específicas diferentes a las que existen en los desmosomas. Están compuestos de una placa interna o placa de adhesión intracelular, una placa externa y una placa densa sub-basal (figura 5-16). En la placa interna se encuentran principalmente las proteínas plectinas tipo HD1 y BP230, también denominada como antígeno 1 del penfigoide ampollar (BPAG1). Ambas proteínas se involucran en la conexión de los hemidesmo- somas al sistema de filamentos intermedios tipo queratinas. La placa externa contiene las proteínas transmembrana hemidesmosomales integrinas a6b4 y la BP180 o BPAG2 (colágeno tipo XVII o antígeno 2 del penfigoide ampollar); por medio de estas proteínas se enlaza la laminina 5, la entactina o los proteoglucanos. Estos últimos forman fila- mentos de anclaje y se ubican en la placa densa sub-basal. Al igual que las adhesiones focales, los hemidesmoso- mas intervienen en el soporte mecánico; están íntimamente relacionados con procesos de migración, diferenciación, proliferación y, sobre todo, de apoptosis celular. se aislaron e identificaron los componentes moleculares de la lámina densa. Los principales son: colágeno tipo IV, glu- coproteínas tipo laminina, nidógeno-entactina, fibronecti- na, diversos proteoglucanos, fracciones proteicas y gluco- proteínas menores; además existen cantidades pequeñas de otros tipos de colágenos. El espacio correspondiente a la lámina lúcida contie- ne proteínas transmembrana de CAM de la familia de in- tegrinas; para permitir la función adherente con los otros elementos moleculares requieren la presencia de cationes tipo calcio o magnesio. Se pueden encontrar variaciones estructurales de la lámi- na basal según las regiones corporales; por ejemplo, la mem- brana basal de los capilares glomerulares de riñón es diferente de la que se encuentra en epidermis. Las principales funciones de la membrana basal están asociadas a soporte estructural del epitelio; compartimen- tación del epitelio con otros tejidos, particularmente del conjuntivo; regulación y señalización del comportamiento celular, eventos vitales para los procesos de embriogénesis, diferenciación y regeneración celular, ya que las células re- cién formadas la usan como guía en su proceso de migra- ción. Uniones célula-matriz extracelular Las macromoléculas que forman la lámina basal interac- túan con proteínas receptoras específicas existentes en la membrana plasmática de la porción basal celular y éstas Hemidesmosoma Epitelio CD151 Integrinas Lámina lúcida Lámina V Lámina densa Contacto focal Filamentos de queratina Actina Colágeno XVII Talina Vinculina Colágeno XIII Lámina VI Nidógeno Conjuntivo Colágeno VII Fibrillas dérmicas Perlecán Figura 5-15. La relación entre epitelio y conjuntivo se estable- ce a través de la membrana basal; entre sus componentes mo- leculares más distintivos se hallan la lámina densa colágeno VII, fibronectinas, nidógeno, proteoglucanos. El espacio denomina- do lámina lúcida está ocupado por lamininas y proteínas trans- membrana tipo integrinas. Histología y biología celular80 a las integrinas halladas en la región basal; para las relacio- nes laterales célula a célula, la superfamilia de inmunoglobu- linas (IgG), las selectivas y las cadherina desempeñan un importante papel. Conforme se han mejorado los instrumentos para la ob- servación de las características celulares, se ha profundizado en el conocimiento de las uniones celulares laterales. Al rea- lizar la observación de un epitelio a través del microscopio de luz sólo pueden determinarse en la región superior pe- queñas áreas de engrosamiento lateral, denominadas barras laterales; cuando estas regiones se analizan por MET se en- cuentran conformadas por varias estructuras que en conjun- to se han llamado complejos de unión (figura 5-17); ellos están conformados por tres tipos de uniones: 1. Uniones excluyentes o estrechas. 2. Uniones adherentes. 3. Uniones comunicantes o tipo gap. Uniones excluyentes o estrechas Son el componente más apical de los complejos de unión. Desempeñan un importante papel en la polarización y constituyen la mayor barrera para regular la difusión selec- tiva de solutos a través del espacio intercelular. Se encargan, además, de restringir el movimiento de lípidos y proteínas de membrana entre la membrana apical y basolateral, de ahí que sean los elementos que separan f ísica y química- mente estos compartimientos; también regulan la proli- feración epitelial por diferentes mecanismos moleculares que, o bien pueden suprimir la proliferación o incrementar la densidad celular. Se reconocen en cortes perpendiculares, observados al microscopio electrónico de transmisión porque las membra- Región lateral celular y sus especializaciones La característica de íntima aposición entre las células epi- teliales, con poca o casi ninguna matriz intercelular se debe precisamente a las formas especializadas de relacionarse las caras laterales de las membranas plasmáticas, las cuales ofrecen una composición molecular de lípidos y proteí- nas muy diferentes a la región basal o apical, donde tam- bién es indispensable la presencia de otras CAM diferentes M.B. Región intracelular Región extracelular Queratinas 5 y 6 Filamentos intermedios Placa interna - HD1, BP230 Placa externa - BP180, integrinas Placa sub-basal - filamentos de anclaje Fibrillas de anclaje Colágeno Figura 5-16. En el esquema se indican los componentes bá- sicos del hemidesmosoma: placa interna, placa externa y placa sub-basal; cada una conformada por microfilamentos, filamen- tos intermedios y proteínas transmembrana, los cuales permi- ten mayor adhesión de la célula al conjuntivo subyacente al fijar con elementos de la lámina basal (lado izquierdo). Figura 5-17. En los epitelios simples (A), principalmente los cilíndricos, existe fuerte cohesión lateral dada por el gran desarrollo de las uniones celulares. De región apical a basal se identifica: 1) unión ocluyente; 2) unión adherente; 3) desmosoma, y 4) unión tipo hendidura o gap. La presencia de estas estructuras conforma un complejo de unión (B). 1 2 3 4 A B 81Capítulo 5 Epitelios consiguiente, habrá muy baja permeabilidad; mientras en los hepatocitos o algunas porciones de los túbulos renales, los puntos de fusión son muy separados, lo que conllevará a un aumento en la permeabilidad de la zona. Uniones adherentes Relacionan los elementos del citoesqueleto de una célula con los de una célula vecina o con la matriz extracelular. Son abundantes en los tejidos sometidos a tracción, no sólo los epitelios, también se hallan en músculo cardiaco. Según con el tipo de filamentos que interactúen se pueden reconocer: 1. Zónula adherente. Interaccionan con red de filamen- tos de actina. 2. Mácula adherente o desmosomas. Interaccionan con filamentos intermedios. Cuando la relación la establecen con la matriz extrace- lular se identifican: 3. Contactos focales. 4. Hemidesmosomas. Las características de los dos últimos ya fueron revisa- das en las especializaciones de la región basal epitelial. Zónula adherente En los complejos de unión se sitúan cerca de la región api- cal y por debajo de las uniones ocluyentes. Construyen un anillo contráctil de filamentos de actina, situado en la cara citoplasmática de la región membranosa implicada en la unión. Para la unión de los filamentos de actina se requiere la in- tervención de dos unidades básicas proteicas de moléculas de adhesión celular: las nectina-afadinas y las cadherinas-ca- teninas (figura 5-19). nas plasmáticas de las dos células adyacentes parecen fusio- narse cerca del borde apical, desapareciendo el espacio inter- celular en zonas de 0.1 a 0.3 mm de longitud. El aspecto de esta zona se debe a la existencia de múltiples puntos de con- tacto entre las láminas externas densas de las membranas ce- lulares. Estos puntos de contacto resultande la interacción, en el espacio extracelular, de un tipo especial de proteínas transmembrana llamadas ocludinas que se caracterizan por presentar una zona hidrofóbica en su dominio extracelular, lo que permite la interacción entre dos ocludinas que se enfrentan en el espacio intercelular. Esta zona se extiende en forma de cinturón alrededor de todo el perímetro celular, interactuando cada célula con las células adyacentes a ella, cerrándose así el espacio intercelular (figura 5-18). Además de las ocludinas, en las uniones excluyentes se han identificado al menos otros 30 tipos de proteínas. En resumen, todas las proteínas presentes en la unión ocluyente se pueden agrupar en cuatro categorías: el primer grupo será de proteínas de zónula occludens, ZO-1, ZO-2, ZO-3 y cingulinas, son proteínas periféricas de ensamble a microfilamentos de cito - esqueleto; el segundo grupo pertenece a proteínas de se- ñalamiento, importantes para ensamble de la unión, regu- lación de la barrera y transcripción génica; el tercer grupo son proteínas reguladoras de la polarización de las vesículas citoplasmáticas y el último grupo corresponde a otras pro- teínas transmembrana: moléculas adhesivas de la unión (JAM, del inglés junctional adhesion molecules), clau dinas, crumbs y ocludinas. Las características morfológicas de las uniones oclu- yentes relacionadas con la cantidad de puntos de contacto y el espacio entre ellos varían según su localización; así, en regiones como el epitelio gástrico, los puntos de fusión son muy abundantes, con un espacio intercelular escaso y, por Claudinas Ocludinas Figura 5-18. Uniones ocluyentes (tight junctions). Las proteínas transmembrana ocludinas y claudinas se distribuyen formando cinturones alrededor de las células, de esta forma sellan el espacio intercelular apical e impiden el paso del contenido luminal. Se encuentran muy desarrolladas en epitelios que deben regular el paso de sustancias: endotelios de sistema nervioso central (barrera hematoencefálica), epitelio intestinal. Histología y biología celular82 la unión en el extracelular de las dos células adyacentes. El mantenimiento de la interacción entre las cadherinas de- pende de la presencia de Ca++. El dominio citoplasmático de las desmogleínas y des- mocolinas se ubica en la placa desmosómica. En este sitio se une a proteínas intracelulares llamadas desmoplaquinas y placoglobinas, las que se asocian también con los fila- mentos intermedios que se insertan en la placa formando horquillas. En resumen, en el desmosoma desde el punto de vista molecular existen tres grupos funcionales de pro- teínas: filamentos intermedios, plaquinas y desmogleínas. Su función es mantener unidas a las células del epitelio, asociando los citoesqueletos de filamentos intermedios de las células vecinas, conformando una red transcelular con una alta resistencia a la tracción mecánica. De esta manera permiten que las células mantengan su forma y que el tejido epitelial permanezca estable. Uniones comunicantes o tipo gap Conocidas también como uniones de hendidura o nexos y por su comportamiento en estudios de conductancia eléc- trica, se han denominado uniones de baja resistencia. Entre todos los tipos de uniones celulares, éstas son las únicas que enlazan el citoplasma de dos células y permiten el intercambio de iones (K+, Ca2+), segundos mensajeros (cAMP, IP3), pequeños metabolitos como la glucosa, faci- litando acoplamiento eléctrico y bioquímico entre las cé- lulas. Las uniones gap son esenciales para muchos eventos fisiológicos como sincronización, diferenciación, apoptosis, Su establecimiento es vital para la función de la barrera celular, tanto al estrés mecánico como a la difusión parace- lular; son indispensables para el desarrollo de las uniones ocluyentes y junto con ellas intervienen en procesos de proliferación, migración y respuesta inflamatoria celular. Mácula adherente o desmosomas En los epitelios simples se ubican debajo de las uniones adhe- rentes como parte del complejo de unión; a diferencia de las zónulas adherentes, no forman cinturones alrededor de las células, sino que son puntuales, de ahí su nombre de mácu- la; se expresan principalmente en los epitelios estratificados (epidermis) y en algunos otros tipos de tejidos como cardia- co, aracnoides y células dendríticas del sistema linfoide. En cortes al microscopio electrónico de transmisión un desmosoma se reconoce porque las membranas de las células adyacentes corren paralelas entre sí, separadas por un espacio de unos 20 nanómetros, el cual presenta una línea densa en su zona media (línea intermedia). Adhe- rida a la cara intracelular de cada membrana plasmática se encuentra una estructura discoidea compuesta por un material electrodenso llamado placa desmosómica; a esta placa de adhesión se fijan los filamentos intermedios en forma de asas (figura 5-20). El espacio entre las membranas adyacentes es ancho, de 30 nanómetros, contiene a los dominios extracelulares de las glucoproteínas transmembrana de la familia de las ca- dherinas, llamadas desmogleínas y desmocolinas. Mediante la interacción entre las cadherinas que se enfrentan, ocurre α ba a b b b ba a b b b b b a a a a a Cateninas Proteínas transmembrana Cadherinas Filamentos de actina Figura 5-19. Unión adherente. La adhesión entre células adyacentes se facilita por la interacción de cadherinas (proteínas trans- membrana), éstas se relacionan por su dominio intracitoplasmático con los filamentos de actina a través de proteínas de anclaje (cateninas). 83Capítulo 5 Epitelios Microvellosidades Son pequeñas extensiones citoplasmáticas similares a dedos que amplían la superficie celular. La altura, el grosor y canti- dad de microvellosidades que se desarrollen en una célula dependen de su ubicación funcional; en intestino delgado crecimiento celular, embriogénesis y coordinación meta- bólica de estructuras avasculares como epidermis o la lente del ojo. Cada unión gap contiene numerosos poros de tamaño menor de dos nanómetros. Cada poro está formado por dos hemicanales, aportados por cada una de las células en contacto, llamados conexiones incluidos en las membra- nas enfrentadas, alineados con precisión de tal forma que la luz de uno se continúa con el otro. En los sitios donde se forman las membranas citoplasmáticas se aproximan hasta disminuir su espacio a menos de dos nanómetros. Cada co- nexión tiene seis subunidades simétricas de unas proteínas integrales transmembrana, las conexinas, las cuales cons- tituyen una amplia familia, definidas actualmente más de 20 tipos; de la forma como ellas se relacionen, se establece- rán las propiedades f ísicas, químicas y de conductancia del poro (figura 5-21). Región apical celular y sus especializaciones La polarización de los epitelios se manifiesta en una com- posición molecular de la membrana celular apical diferente de las regiones basal y lateral; estas especializaciones son modificaciones morfológicas que permiten a las células —y, por consiguiente, a los tejidos que las conforman— participar de manera más activa en procesos como absor- ción y movimiento. Se conocen como modificaciones es- tructurales: 1. Microvellosidades. 2. Cilios. 3. Estereocilios. Filamentos de queratinas CadherinasPlaca de adhesión intracelular Membrana celular Figura 5-20. El diagrama A relaciona las principales estructuras constitutivas del desmosoma, sus proteínas transmembrana son las desmogleínas y desmocolinas. Los dominios intracelulares se unen a placoglobulinas y desmoplaquinas (placa de adhesión), proteínas que anclan los receptores al citoesqueleto de filamentos intermedios. La microfotografía B muestra un sector de piel coloreado con H-E donde, señalado con flecha, se pueden observar los denominados puentes citoplasmáticos, correspondientes a los desmosomas de las células de la capa espinosa. BA Conexón Membrana plasmática Espacio intercelularFigura 5-21. Unión gap. Dos células adyacentes se comunican directamente a través de dos hemicanales (conexón), los cuales están formados por seis monómeros de conexinas a cada lado celular; limitan un poro de aproximadamente dos nanómetros de diámetro. Histología y biología celular84 relacionadas con los cilios. Se encuentran en pocos epite- lios, particularmente desarrollados en vías espermáticas, epidídimo, porción proximal del deferente y oído interno. Formados por actina, igual que las microvellosidades pero unas 10 veces más largos, estos microfilamentos están enlazados a través de fibrina y, a diferencia de las micro- vellosidades, la proteína que los asocia con la membrana plasmática corresponde a la erzina; no presentan villina en su conformación. Dependiendo del tipo de conformación molecular, en vías espermáticas contribuyen a los procesos de absorción, en tanto que en el oído funcionan como re- ceptores sensoriales (figura 5-9). Cilios Son prolongaciones del citoplasma apical; al observarlos bajo el microscopio de luz se ven como pelitos cortos y del- gados en la superficie libre de la célula (figura 5-8). Los cilios contribuyen al movimiento de fluidos, a la locomoción, a la quimiorrecepción, a la mecanorrecepción y al estableci- miento de los patrones corporales derecha-izquierda. Típi- camente se encuentran en regiones donde se requiere el transporte o movilización de sustancias, por ejemplo, vías aéreas superiores, tuba uterina. Su número varía según la región, encontrándose en el tracto respiratorio, principal- mente en la tráquea ~300 por cada célula. Existe una diversidad en la composición estructural de los cilios, la mayoría presentan una longitud de ocho mi- crómetros y unos 25 micrómetros de diámetro, contienen un eje central conocido como axonema. En cada axonema hay un par central de microtúbulos y nueve pares periféri- cos (conocida como disposición 9 + 2). Mientras que cada microtúbulo del par central es un microtúbulo completo, son altas, uniformes y abundantes, alrededor de 3 000 por cada célula; en regiones como superficie interna del útero, son cortas y espaciadas. Desde el punto de vista ultraestructural, presentan una compleja conformación molecular. En el interior de cada mi- crovellosidad se encuentran conjuntos de filamentos de actina, los que establecen enlaces cruzados con las proteínas fimbri- na y fascina; esta organización constituye su núcleo estructu- ral, estos filamentos se unen a la villina ubicada en la punta de la microvellosidad y desde allí se extienden a la porción apical del citoplasma donde interaccionan con la red de filamentos de actina en disposición horizontal denominada velo termi- nal. Estos filamentos de disposición horizontal son estabili- zados por espectrinas y finalmente se enlazan a la membrana plasmática a través de miosina I y calmodulina (figura 5-22A). Los microfilamentos de actina del velo terminal se relacio- nan en particular con los desmosomas, contribuyendo así al sistema de adaptabilidad al movimiento de la célula, sistema responsable de los cambios de diámetro del dominio apical, facilitando el contacto y la absorción de los nutrientes. Cuando presentan mucho desarrollo, como en intesti- no delgado, el conjunto de las microvellosidades se deno- mina chapa estriada o borde estriado; en túbulos renales se conoce como ribete en cepillo (figura 5-22B). Estereocilios Son variaciones de las microvellosidades pero mucho más largas. A pesar de su nombre, no presentan características Villina Fimbrina Actina Filamentos intermedios Red terminal Miosina Fascina Figura 5-22. En el dibujo A se relacionan las principales características de las microvellosidades. Presentan un núcleo central de filamentos de actina entrecruzados con las proteínas fimbrina y fascina; la villina, ubicada en la punta de cada microvellosidad, se une a ellos y la miosina I los une a la membrana celular. Los filamentos de actina de cada microvellosidad se extienden y enlazan con otro grupo de filamentos dispuestos en forma horizontal en la red terminal, los cuales se enlazan con filamentos intermedios citoplasmáti- cos. En la microfotografía B, un sector de vellosidad intestinal muestra la chapa estriada fuertemente teñida con eosina. B A 85Capítulo 5 Epitelios cualitativas o cuantitativas, displasias o anaplasias, caracte- rizadas por alteraciones en la polarización, estratificación, cantidad de organelas y en el ciclo de división celular con el desarrollo inicial de tumores no invasivos y posteriormente al atravesar la membrana basal las células indiferenciadas, a tumores invasivos (metástasis). ¿Alteraciones en las especializaciones epiteliales pueden producir alguna patología? Sí. Los cambios patológicos se podrán encontrar a nivel de alteraciones en el citoesqueleto celular, en las uniones celulares laterales, en las especializaciones de membrana basal o en las especializaciones apicales. A continuación se mencionan los más conocidos. Alteraciones relacionadas con los hemidesmosomas Las epidermólisis bullosas o ampollonas (piel de cristal) corresponden a un grupo heterogéneo de enfermedades caracterizadas por la presencia de ampollas, úlceras o he- ridas en la piel o en las mucosas cuya gravedad varía de acuerdo con la mutación genética presente en los genes que codifican para la formación de moléculas asociadas a los hemidesmosomas. En las formas simples o intraepidérmi- cas se presenta separación entre el núcleo y la membrana citoplasmática de los queratinocitos basales y se debe a al- teraciones entre los filamentos intermedios y las moléculas de las placas citoplasmáticas; en la forma de epidermólisis de unión el daño ocurre a nivel de las moléculas transmem- brana y los filamentos de anclaje (entre epidermis y lámina lúcida), y en la forma más grave, la epidermólisis distrófica, la separación ocurre debajo de la lámina densa en la subláminal cada uno de los dobletes externos se compone de un micro- túbulo completo y otro parcial, fusionados de tal manera que comparten parte de su pared (figura 5-23). Existe otro grupo de cilios que no presentan dobletes de microtúbulos centrales (fórmula 9 + 0), algunos de ellos son inmóviles y tienen gran importancia en los procesos de mecanorrecep- ción en riñón; en la definición de ejes corporales los mó- viles intervienen en embriogénesis temprana. La base del movimiento en los cilios se da por el deslizamiento de las proteínas dineínas, su movimiento se describe como tipo latigazo, sincrónico, en onda. Presentan una fase de batido y otra de recuperación; en la fase de batido el cilio se levan- ta acercándose lo más posible a la superficie, así empuja las partículas que se encuentren cerca de la punta del cilio. Correlación clínica Como tejidos que delimitan y forman barreras entre los compartimientos externos e internos corporales, sus ca- racterísticas morfológicas y funcionales pueden modificar- se por múltiples factores, entre ellos, agentes infecciosos, genéticos y ambientales. Una modificación frecuente es la metaplasia que implica la transformación de un epitelio maduro en otro más adaptado de manera funcional a las nuevas condiciones que le impone la exposición al agente agresor. Por ejemplo, en las vías respiratorias el epitelio ci- líndrico ciliado se puede modificar a epitelio plano estrati- ficado, lo que lleva a un aumento en las infecciones y altera- ciones en la producción de moco. La carencia de vitamina A en la dieta contribuye a la transformación de diferentes tipos de epitelios a planos estratificados queratinizados; estas deficiencias en niños menores de cinco años pueden llevar a daños profundos en córnea y conducir a ceguera permanente. El proceso puede ser reversible si desapare- ce la condición agresora; si ésta persiste, pueden continuar los cambios celulares estructurales y llevar a alteraciones Par central de microtúbulos Microtúbulos dobles Subunidades de tubulinas DineínaB A Figura 5-23. Esquema del axonema y de los microtúbulos que lo forman. Desde el punto de vista ultraestructural se identifican tam- bién las estructuras del esquema. A B Histología y biología celular86 dicionalmente se ha utilizado este término para designar aquellos tejidos que desde el punto de vista morfológico presentan una importante cohesión celular, desarrollan mem- brana basal, son avasculares; es decir, presentan características epiteliales y que, además, sus células son capaces de sintetizar gran variedad de sustancias como glucoproteínas, mucinas, hormonas, sebo, sudor y una vez producidas, ellas son libe- radas por procesos de secreción directamente al torrente circulatorio o al medio externo o interno a través de un sistema de conductos. Las secreciones glandulares tienen gran importancia durante los procesos de digestión, cre- cimiento, desarrollo, interacción con el medio. La vía de liberación dependerá de si mantiene contacto o no con el epitelio de origen durante la embriogénesis. Para clasificar los epitelios glandulares deben tomarse en cuenta los siguientes factores: 1. La presencia o no de conductos; su presencia determi- nará las glándulas exocrinas y cuando la liberación de productos se hace directamente al torrente circulato- rio, serán endocrinas. 2. La distancia que deben recorrer los productos una vez elaborados, autocrinos, paracrinos, endocrinos. Glándulas exocrinas Durante el proceso de desarrollo embriológico y respon- diendo a señalamientos genéticos, algunas células de los epitelios de revestimiento comienzan a invaginar hacia el tejido conjuntivo subyacente; a medida que profundizan estas células se diferencian y especializan en la síntesis de sustancias (porción secretora o adenómero). Se consideran glándulas de naturaleza exocrina cuando la porción secre- tora mantiene el contacto con el epitelio de origen. Esta co- nexión recibe el nombre de conducto (figura 5-24). Los criterios de clasificación de las glándulas exocrinas pueden ser: 1) morfológicos, 2) por mecanismos de secre- ción o 3) por naturaleza de la secreción. Ninguno de estos criterios es excluyente. Desde el punto de vista morfológico, el primer criterio de clasificación de las glándulas exocrinas es la cantidad de célu- las que las conforman; así, hay unicelulares y multicelulares. Las glándulas multicelulares se reconocen analizando las estructuras mínimas que las conforman: el conducto y la porción secretora o adenómero. Son glándulas simples cuando presentan un único conducto y compuestas cuan- do éste se ramifica muchas veces. Al detallar la morfología de la porción secretora se les clasifica en tubulares, acina- res o túbulo-acinares (figura 5-25B). Glándulas unicelulares Las caliciformes son el único ejemplo de este tipo que se encuentra en el humano. Son células epiteliales cilíndricas modificadas que en condiciones normales se encuentran dispersas de manera individual entre los epitelios que tapizan densa y el daño se debe a alteraciones en las fibras de ancla- je (entre lámina densa y estrato dérmico). Son enfermedades relativamente raras, crónicas, de transmisión genética, de forma dominante o recesiva; en muy pocas ocasiones pueden ser de origen autoinmune. ¿Qué es el pénfigo? Pénfigo e impétigo bulloso son enfermedades de la piel, en las cuales se encuentran alteraciones a nivel de la organiza- ción de las desmogleínas en los desmosomas. En el pénfigo existe pérdida de la adhesión celular (acantólisis) de los queratinocitos debido al enlace de auto- anticuerpos a su superficie celular. Existen varias formas de pénfigo, identificables de acuerdo con las capas de piel comprometidas; así, en el pénfigo foliáceo el ataque de anti- cuerpos se dirige contra la desmogleína 1 y las ampollas se presentan en la capa granulosa de la epidermis; en el pén- figo vulgar existe una separación de la epidermis profunda y los anticuerpos se dirigen principalmente contra la des- mogleína 3; asimismo, compromete regiones mucosas como boca, laringe, faringe y vagina. En ambas patologías existe, en primer lugar, disolución de sustancia intercelular y, después, desprendimiento del desmosoma. El impétigo corresponde a una enfermedad bacteriana que compromete las capas superficiales de la piel, la cual es causada por el estafilococo áureo, bacteria que produce alteraciones en las desmogleínas. * N. del E.: La alusión a las diferentes décadas de vida señala periodos de 10 años que inician de los 0 a 10 años de edad (primera década), de 11 a 20 años de edad (segunda década) y así sucesivamente; de modo que, por ejemplo, la “octava década de vida” se refiere al lapso com- prendido entre los 71 y 80 años de edad de una persona o grupo. Entre 80 y 90% de los tumores malignos humanos son de origen epitelial (carcinomas), se presentan por lo ge- neral en personas mayores de 45 años y aumenta su pro- porción hacia la séptima década de la vida.* Muchos de estos carcinomas se caracterizan por alteraciones en la membrana plasmática, en la polaridad celular, en el de- sarrollo de las uniones comunicantes y en los procesos de comunicación celular con pérdida de las relaciones célula a célula, eventos todos que llevan a un proceso de baja diferenciación celular. Epitelios glandulares y su clasificación La secreción no es una característica única de los epitelios, está presente en otras células de los tejidos fundamentales, como en fibroblastos, centroblastos, etc.; sin embargo, tra- 87Capítulo 5 Epitelios utilizado se conservarán (coloración de PAS) o, por el con- trario, serán retiradas de la célula, quedando el espacio vacío en el citoplasma, lo cual le da una apariencia de pequeño glo- bo (tinción con H-E) (figura 5-26). Tienen una vida media de cuatro a cinco días, tiempo en el cual están produciendo y secretando por proceso de exocitosis la mucina, la cual al ponerse en contacto con el agua de la superficie luminal se transforma en moco. Una vez en el medio, este gel se expande y aumenta su volumen hasta 500 veces más en sólo 20 milisegundos. Su proceso de secreción es estimulado por agentes irritativos como polvo o humo de cigarrillo o también por estímulo nervioso parasimpático. La función principal de este pro- ducto en el tracto intestinal es la protección y la lubricación; en la vía aérea contribuye a evitar la resequedad y provee una superficie pegajosa protectora que permite atrapar partícu- las de polvo y microorganismos. Glándulas multicelulares Se agrupa con esta denominación a acúmulos de células secre- toras con diversos grados de organización histológica, desde la más sencilla de identificar como lo es la superficie de útero o estómago hasta órganos estructurados de manera comple- ja, donde se puede identificar el componente secretor con- formando el parénquima y una trama de sostén, el estroma. Superficies secretoras El epitelio cilíndrico simple que reviste la región interna del estómago es el ejemplo típico de esta clase. Todas sus células cilíndricas son en mayor o menor grado secretoras y a través de sus secreciones protegen el mismo tejido del ambiente ácido producido por la secreción de ácido clorhídrico pro- veniente de otras porciones glandulares (figura 5-27). Este tejido presenta una alta capacidad de regeneración, con un ciclo de renovación de aproximadamente tres a cinco días. la vía aérea superior, el intestino delgado y el intestino grue- so. Su nombre obedece a la forma que presentan; semejan un cáliz, donde la parte angosta descansa en la membrana basal y la parte amplia o teca alcanza la superficie luminal. Desde el punto de vista ultraestructural se observa un nú- cleo basal, alargado y, junto a él, el retículo endoplásmico rugoso, el aparato de Golgi y unas cuantas mitocondrias. La región de la teca se encuentra llena de pequeñas vesícu- las formadas por mucina, las cuales según el procesamiento A B C Figura 5-24. Los epitelios glandulares se derivan de epiteliosde revestimiento (A); ocurre invaginación de la cubierta epitelial por una contracción orientada de los filamentos de actina de esas células, las células que se profundizan toman características se- cretoras. Si permanece el contacto epitelial con el tejido de origen se configura una glándula exocrina (B); si se pierde el contacto con el epitelio y la estructura establece íntima relación con vasos san- guíneos será una glándula de secreción endocrina (C). Estructura tubular Estructura alveolar o acinar Simples Compuestas Tubular Acinar Alveolar Clasificación según porción secretora Figura 5-25. El esquema (A) indica los tipos de glándulas exocrinas que se clasifican según la cantidad de conductos que desarrollen —simples o compuestas—; verticalmente se identifican los tipos según la forma del adenómero o porción secretora. El dibujo del lado B muestra un corte longitudinal de las porciones secretoras de forma tubular, acinar y alveolar. A B Histología y biología celular88 gulación. En el proceso de secreción interviene el sistema nervioso al estimular las células mioepiteliales ubicadas por dentro de la membrana basal de las porciones de los con- ductos. Funcionan a la manera de “ordeñadoras”. Glándulas tubulares simples ramificadas. El término “ramificado” aplica a la porción secretora. En este tipo de estructuras glandulares se observa que varios adenómeros desembocan en un solo conducto; es la organización típica de la mucosa gástrica y uterina (figura 5-30). El epitelio que Figura 5-26. Entre el epitelio cilíndrico simple con microve- llosidades se encuentran las células caliciformes, fácilmente diferenciables por su forma de cáliz con núcleo basal alargado y amplio citoplasma pálido por efectos de la preparación (seña- ladas con flechas). Figura 5-27. El epitelio cilíndrico simple que cubre la superfi- cie interna gástrica es la forma más simple de desarrollo glan- dular exocrino multicelular. Todas sus células son secretoras de productos que contribuyen a su protección. Figura 5-28. Glándula tubular simple. Tanto en intestino delga- do como grueso (imagen de colon) ocurre invaginación del epitelio cilíndrico simple con microvellosidades, conformando glándulas tubulares simples, que al corte longitudinal se observan alargadas, con luz estrecha en todo su recorrido, tanto en el sector del con- ducto, región superficial, como en la porción secretora, la región profunda glandular. Ésa es la principal característica de una glán- dula donde la forma del adenómero es tubular. Note el detalle de la gran cantidad de células caliciformes entre el epitelio. Profun- do en conjuntivo se observa un corte transversal de una glándula. Glándulas simples Las clasificaciones morfológicas no son excluyentes entre sí, lo que permite definir una serie de combinaciones. Al analizar los constituyentes morfológicos de las glándulas exocrinas e identificar tanto su porción secretora como la porción del conducto, se encuentran, básicamente: glán- dulas tubulares simples, tubulares simples contorneadas, tubulares simples ramificadas, acinares simples y tubulo- acinares simples (figura 5-25). Glándulas tubulares simples. Se conforman al invaginar- se al conjuntivo subyacente el epitelio interno de intestino delgado y de intestino grueso, son estructuras individuales, caracterizadas porque la luz que delimita el epitelio, hacia donde se dirige la secreción, tanto en la porción secretora como en la del conducto es aproximadamente la misma, forma de tubo (figura 5-28). Reciben el nombre de glándu- las o criptas intestinales o criptas de Lieberkünh. Entre este epitelio cilíndrico simple con microvellosidades se encuen- tran, además, las células caliciformes. Glándulas tubulares simples contorneadas o tubular simple enrollada. Corresponden a las glándulas sudorípa- ras presentes en la piel. Son estructuras individuales muy largas; su porción secretora se ubica en la profundidad de la dermis y deben liberar su producto a través de un largo conducto que se abre entre el epitelio plano estratificado queratinizado de la epidermis (poro). Debido a su longitud, no es factible hacer el seguimiento completo en una prepa- ración histológica, pues se enrollan varias veces; de ahí que de ella se identificarán varios planos de sección: aquellos tapizados con epitelio cúbico simple serán las porciones secretoras de la glándula; los tapizados por epitelio cúbico estratificado se identificarán como porciones del conducto glandular (figura 5-29). Su producto de la secreción es el sudor; son importantes para los procesos de la termorre- 89Capítulo 5 Epitelios las bordea, por lo general cilíndrico simple, no presenta cé- lulas caliciformes. Glándulas acinares simples. Se pueden denominar tam- bién alveolares. Son pocos los ejemplos de este tipo de glán- dulas, se ubican principalmente en la uretra peneana. En ellas, la porción secretora ofrece una forma dilatada, seme- jante a una uva, cuando la porción secretora presenta amplia luz, será alveolar, cuando la luz es estrecha, será acinar. Glándulas acinares simples ramificadas. Estas estructu- ras abundan en regiones como el cuero cabelludo. En ellas se identifican varias porciones secretoras redondeadas, llenas de células con abundante material lipídico en su in- terior, los adenómeros confluyen a un único conducto, en este caso tapizado por epitelio plano estratificado querati- nizado, pues pertenece al folículo piloso. Su secreción es un material oleoso denominado sebo. Cada acino está confor- mado por grupos de células, unas pequeñas dispuestas cer- ca de la membrana basal, encargadas de realizar mitosis, la otra población son las células que maduran, se redondean y llenan de lípidos su citoplasma (figura 5-31). Glándulas compuestas Se define una glándula de este tipo cuando la porción corres- pondiente al conducto presenta múltiples divisiones, con ca- racterísticas histológicas variables. Por lo general, las glándu- las compuestas son también ramificadas en sus componentes secretores. Al igual que con las glándulas simples se pueden identificar tubulares, acinares y tubuloacinares (figura 5-25). Glándulas tubulares compuestas. Este tipo glandular se encuentra a nivel de duodeno, debajo de la túnica mucosa, por su localización reciben también el nombre de glándulas Figura 5-29. Glándula sudorípara ecrina. La microfotografía muestra los cortes transversales de estructuras tubulares tapi- zadas por epitelio cúbico estratificado que corresponden a con- ductos de las glándulas sudoríparas, así como otros de luz más amplia que corresponden a la porción secretora. Figura 5-30. La mucosa gástrica presenta una organización glandular, su tapiz interno invagina hacia el conjuntivo y desa- rrolla una serie de glándulas de luz estrecha, cuyo recubrimiento epitelial varía; algunas de las células modifican hacia produc- toras de ácido clorhídrico, enzimas y otras permanecen como secretoras de moco. Estas organizaciones son difíciles de dis- tinguir en su extensión, pues sus porciones secretoras ramifican dos o tres veces, haciendo difícil su seguimiento. Figura 5-31. Glándula acinar simple ramificada. La mayoría de las glándulas sebáceas se ubican en los sitios de piel donde se desarrollan folículos pilosos, ya que ellas los utilizan para liberar sus productos. La unidad pilosebácea hace referencia a esta re- lación: folículo piloso (1), acinos glandulares (2) y músculo erec- tor del pelo. Observe la capa de células cercanas a la membrana basal encargada de las mitosis y regeneración de la glándula una vez que ha liberado su secreción de manera holocrina. 1 2 3 Histología y biología celular90 de Brunner. Producen moco alcalino que neutraliza el con- te nido ácido proveniente del estómago. En estas estructu- ras es difícil diferenciar las porciones de conducto de las secretoras, pues ambas presentan un revestimiento epitelial semejante, similar a un epitelio cilíndrico simple. Aunque están ubicadasen la submucosa, sus conductos abren hacia la luz intestinal (figura 5-32). Glándulas acinares compuestas. En el páncreas el com- ponente exocrino se encuentra organizado en múltiples unidades secretoras de forma ovoide (acinos), tapizadas con células en cuña, por lo cual la luz del adenómero es estrecha; en conjunto, las unidades secretoras conforman el parénquima glandular, la porción funcional del órgano; el material de secreción de estas células acinares se vierte a un sistema complejo de conductos que finalmente drenan a un conducto mayor (figura 5-33). Glándulas tubuloacinares compuestas Las glándulas salivales mayores, parótida, sublingual y sub- maxilar, conforman el grupo representativo de esta organi- zación glandular. Se hallan en su interior unidades secre- toras de forma tubular, acinar o tubuloacinares, todas ellas vierten sus productos de secreción a múltiples conductos tapizados por epitelio cúbico simple o cúbico estratificado (figuras 5-25 y 5-34). Figura 5-32. Glándula tubular compuesta. Debajo de la túnica mucosa, en la submucosa de duodeno se encuentran las glándu- las de Brunner o duodenales, tapizadas por un epitelio seme- jante a cilíndrico alto, con características de secretor de moco. Observe cómo sus conductos se abren hacia la base de las glán- dulas intestinales o tubulares simples de la mucosa. Figura 5-33. Acinar compuesta. En baja magnificación se ob- serva el conjuntivo separando unidades secretoras acinares de naturaleza serosa; entre ellas se encuentran varios conductos excretores rodeados también por conjuntivo. Figura 5-34. Glándula tubuloacinar compuesta. En la microfo- tografía se observa un sector de glándula submaxilar. Detalle de las unidades secretoras acinares —componente seroso—; las unidades tubulares correspondientes al componente mucoso y la cantidad de conductos. Es típico en estos órganos que el teji- do conjuntivo delimite lóbulos y lobulillos. Clasificación por mecanismos de secreción Las glándulas exocrinas se pueden identificar por los me- canismos a través de los cuales realizan las descargas de sus productos al medio. Son básicamente tres: merocrinos o ecrinos, apocrinos y holocrinos (figura 5-35A, B y C). 91Capítulo 5 Epitelios na celular. Más tarde se restablece la membrana citoplas- mática de la parte apical permitiendo que la célula regenere sus gránulos y pueda comenzar otro ciclo secretor. Esta forma de secreción se observa en las glándulas sudoríparas ubicadas en la región axilar, perianal, en las ceruminosas del conducto auditivo externo, en las glándulas de Moll del párpado y en la manera como las glándulas mamarias adi- cionan la grasa a la leche. Algunos investigadores dudan de este mecanismo y consideran que los fragmentos observa- dos son producto de la deshidratación del tejido durante el procesamiento de la muestra (figura 5-35C). Clasificación por la naturaleza o tipo de secreción No todas las glándulas exocrinas pueden ser clasificadas bajo este parámetro. Las características morfológicas de las células (células acinares) que conforman el adenómero o acino secretor variarán según la naturaleza bioquímica del producto elaborado; se identifican tres clases de acinos: seroso, mucoso y mixto. Acino de secreción seroso Está conformado por células en cuña o piramidales (base ancha, ápex estrecho), altas, alrededor de una luz muy es- trecha. Se les observa una polaridad bien definida, en la Mecanismo de secreción merocrino o ecrino Es la forma más común de secreción, las sustancias son pro- ducidas y almacenadas en pequeñas vesículas, éstas llegan a la región interna de la membrana plasmática apical, las dos membranas se fusionan en el sitio de contacto y el conteni- do de la vesícula es enviado al exterior sin pérdida de mem- brana (figura 5-35A). El páncreas exocrino, las glándulas salivales mayores y menores, y la mayoría de las sudoríparas son ejemplos representativos de este mecanismo. Mecanismo de secreción holocrino Este tipo de secreción implica la muerte y salida celular; es exclusivo de las glándulas sebáceas. Las células acinares de la glándula producen altas cantidades del material oleoso y las almacenan en pequeñas gotas, después mueren por pro- cesos de apoptosis, de esta forma las células de la glándula pasan a ser el producto de secreción que se libera una vez que la célula se desintegra (figura 5-35B). Mecanismo de secreción apocrino (merocrino modificado) La liberación del producto de secreción en la región apical de la célula se hace con pequeños fragmentos de membra- Secreción exocrina Secreción endocrina A M.B. B C D Vasos sanguíneos Figura 5-35. Según la forma como las células secretoras vierten sus productos al medio se pueden identificar tres modos de secre- ción, la célula A ejemplifica el tipo merocrino, note cómo los gránulos de secreción son liberados al exterior de ella sin pérdida de citoplas- ma. En la célula B el producto se vierte según modo apocrino, donde el material de secreción sale de la célula con un poco de cito- plasma. La célula C produce su material, lo acumula en su interior, ocurre muerte y degeneración celular y la célula con el contenido son liberados como productos. Es el modo de secreción holocrino. La célula D señala la forma de secreción endocrina, que implica tener una relación íntima con el sistema circulatorio, pues sus productos son vertidos directamente a éste. Histología y biología celular92 pasan entre las células mucosas. La unidad conformada por el acino mucoso rodeado por la semiluna serosa cons- tituye el acino mixto (figura 5-38). Algunos autores asumen que este tipo de estructura es producto de procesos de fijación y que en realidad las célu- las acinares serosas estarían intercaladas entre las mucosas. Los acinos serosos, mucosos y mixtos establecen, a tra- vés de la membrana basal, estrecha relación con pequeños vasos sanguíneos y filetes nerviosos tanto simpáticos como parasimpáticos. Al parecer, el impulso parasimpático esti- mula la formación de gránulos, mientras que el simpático favorece la excreción. Para la liberación del producto se requiere que ambos componentes del sistema nervioso es- timulen las células mioepiteliales que se hallan dentro de la membrana basal, pero fuera de la luz del acino. Al con- traerse, comprimen toda la estructura y favorecen la salida del producto. Glándulas endocrinas Se define su naturaleza endocrina cuando las células epite- liales que invaginan al interior del conjuntivo y conectan las porciones secretoras con la luz sufren procesos de apopto- sis; de esta forma no desarrollan conductos y sus produc- tos, por lo general hormonas, los liberan al torrente circu- latorio, de ahí que deban establecer una íntima relación con capilares sanguíneos o linfáticos (figura 5-35D). Muchas glándulas endocrinas se organizan confor- mando órganos, por ejemplo, hipófisis, glándulas supra- rrenales; otros tejidos endocrinos se asocian a través del conjuntivo a glándulas exocrinas (p. ej., páncreas); otros, se involucran en órganos como ovario, testículo, placen- parte basal de cada célula se encuentra un núcleo redondo u oval, el citoplasma es fuertemente basófilo por la presen- cia de gran cantidad de ribosomas; desde el punto de vista supranuclear se observan gránulos que se tiñen intensamen- te de rosa con la eosina; corresponden a gránulos zimogé- nicos, son enzimas inactivas de naturaleza proteica, poco glucosiladas, sólo se activarán una vez que salgan a la luz del acino (figura 5-36). Esta secreción es acuosa; se hallan en páncreas exocrino, glándulas salivales mayores, princi- palmente parótida y glándulas salivales menores. Acino de secreción mucoso A diferencia del anterior, las células que conforman esta estructura desarrollan abundante citoplasma; debido a la acumulación de material de secreción el núcleo se aplana y es llevado hacia la región basal; la luz que delimitan es amplia, visible, a diferencia de los acinos serosos.Con co- loraciones rutinarias (H-E) el citoplasma se observa pálido debido a la extracción del contenido durante la prepara- ción. Si se desean conservar las mucinas debe recurrirse a coloraciones especiales, por ejemplo, con ácido peryódico (PAS, del inglés periodic acid-Schiff ). Las secreciones mu- cosas son espesas y viscosas debido a la glucosilación de sus productos. Tienen función protectora y lubricante. Se ubican en glándulas sublinguales, en glándulas duodenales, algunas salivales menores (figura 5-37). Acino de secreción mixto En submaxilar abundan los acinos serosos dispuestos alre- dedor de los mucosos, conformando estructuras ligeramen- te ovaladas conocidas como semiluna serosa o semiluna de Giannuzzi o de von Ebner; estas células serosas vierten su secreción a la luz a través de pequeños canalículos que 1 2 Figura 5-36. Acino seroso. En la microfotografía se observan las características de los acinos que producen una secreción fluida, con alta proporción de proenzimas. Figura 5-37. Acino mucoso. En la microfotografía se muestra un detalle de glándula sublingual. Observe las características de los acinos que secretan mucinas, material altamente viscoso. Los núcleos estrechos y alargados se ubican basalmente, pre- sentan amplio citoplasma pálido y puede verse una pequeña luz hacia el centro del acino. 93Capítulo 5 Epitelios la estructura) rodeado de membrana basal, la cual estable- ce estrecho contacto con capilares fenestrados desarrolla- dos de la red sanguínea (figura 5-40). En el centro de cada folículo se acumula el coloide conformado sobre todo por tiroglobulina, una glucoproteína yodada de gran tamaño que constituye la forma inactiva de las hormonas tiroideas. Para activar las hormonas se requiere una serie de pasos que involucran la recaptación y el procesamiento por parte de las células tiroideas del coloide almacenado. ta. Por la complejidad funcional y sus implicaciones en la regulación de muchos procesos corporales deben ser estu- diadas en capítulos independientes. En este apartado sólo se menciona la disposición histológica general que ofrecen la mayoría de estos órganos. Desde el punto de vista histológico se identifican dos tipos de organizaciones: 1. Cordonal. 2. Folicular. Glándulas endocrinas de organización cordonal La hipófisis anterior, el componente endocrino del pán- creas, las suprarrenales y la glándula pineal, son ejemplos típicos de esta forma de organización. Las células secreto- ras se disponen en cordones y a través de su membrana basal se rodean de capilares sanguíneos, generalmente si- nusoides (figura 5-39). Las células descargan sus productos en el espacio in- tersticial de donde rápidamente son absorbidos hacia el to- rrente circulatorio. Sólo pueden almacenar pequeñas can- tidades de hormonas intracelulares. Glándulas endocrinas de organización folicular La glándula tiroides, a diferencia de las otras glándulas en- docrinas, almacena su producto de secreción dentro de pequeñas cavidades redondeadas rodeadas por las células secretoras. Esas unidades esferoidales se denominan fo- lículos tiroideos. Cada folículo está conformado por un epitelio cúbico alto o bajo (según la actividad secretora de Figura 5-38. Acino mixto. Detalle de un sector de glándula sub- maxilar. Observe acinos serosos, algunos mucosos y otros que presentan en un extremo del componente mucoso su componen- te seroso, semiluna serosa. Figura 5-39. Organización glandular endocrina tipo cordonal. En un pequeño sector de la hipófisis anterior se pueden obser- var grupos de células secretoras en disposiciones irregulares, dispuestas como cordones, en íntima relación con capilares san- guíneos. Figura 5-40. Organización glandular endocrina tipo folicular. Las células secretoras de la glándula tiroides se disponen en fo- lículos, estructuras redondeadas tapizadas por epitelio cúbico simple o plano simple. En su interior, teñido acidofilamente se acumula el coloide. Histología y biología celular94 calizan. Las personas afectadas presentan enfermedad pul- monar progresiva, insuficiencia pancreática, alteración en las células caliciformes, obstrucción intestinal, alteración en la secreción de electrólitos en sudor, azoospermia en hombres y disminución de la fertilidad en mujeres. Origen embriológico de los epitelios Los epitelios se pueden diferenciar de las tres hojas ger- minativas. Constituido el cigoto y pasados los periodos de mórula y blástula, en el embrioblasto se diferencian tres capas germinativas: ectodermo, mesodermo, endodermo. De las células de mesodermo se producen proteogluca- nos, glucosaminoglucanos y otras sustancias proteicas. Estos elementos son aprovechados por las células epite- liales como una guía para ser utilizada como el medio de avance epitelial para cubrir una superficie u órgano; a su vez, determinará el progreso celular de las células inma- duras, que aportan proteínas transmembrana y filamentos intermedios para finalmente constituir la membrana basal. Consolidada la base de apoyo y nutrición con el conjuntivo, las células desarrollan especializaciones en sus membranas citoplasmáticas laterales que les permite asociarse íntima- mente sin perder la interacción con el medio. En la figura 5-41 se muestra la clasificación tradicional de los tejidos epiteliales. Correlación clínica Puesto que las glándulas exocrinas son tejidos epiteliales, es factible que presenten las mismas alteraciones que se consideraron al revisar los epitelios de revestimiento; ante agresiones pueden hacer metaplasia, displasia o anaplasia. En personas con reflujo gastroesofágico se puede pre- sentar el reemplazo del epitelio plano estratificado mucoso por epitelio cilíndrico simple en la porción distal del esó- fago (esófago de Barrett); el epitelio cilíndrico simple del estómago puede sufrir metaplasia intestinal. La metaplasia se presenta con frecuencia en cuello ute- rino, en epitelio gástrico, en esófago, en vías urinarias o en endometrio. Constituye un signo de alerta pues el proceso puede avanzar hasta lesiones malignas. Los tumores de ori- gen glandular se denominan adenocarcinomas. ¿Qué es la fibrosis quística? Es una enfermedad genética autosómica recesiva de ele- vada mortalidad; se caracteriza por una disfunción de las glándulas exocrinas; las células epiteliales presentan daños a nivel de los canales de cloro, produciendo alteraciones en las concentraciones de cloro y sodio, que llevan a la pro- ducción de un moco espeso y viscoso donde las bacterias quedan atrapadas, facilitando las infecciones recurrentes y obstrucción de los conductos de los órganos donde se lo- Epitelios sensoriales Epitelios glandulares Tejidos epiteliales Clasificación tradicional Epitelios de revestimiento Especialización celular de capa apical, para epitelios simples Microvellosidades Cilios Estereocilios Queratina, para epitelios estratificados Ciliados Con estereocilios Epitelios de clasificación especial Seudoestratificados Transicional QueratinizadoEpitelio plano estratificado Sin especialización apical o epitelio estratificado mucoso Epitelio cúbico estratificado Epitelio cilíndrico estratificado Epitelios estratificados, más de una capa por encima de la membrana basal Número de capas Epitelios simples, una capa de células por encima de la M. B. Epitelio plano simpleMesotelio Endotelio Epitelio cúbico simple Ciliado Con microvellosidades Epitelio cilíndrico simple Morfología célula individual Célula epitelial plana Célula epitelial cúbica Célula epitelial cilíndrica Figura 5-41. Clasificación tradicional de los tejidos epiteliales. 95Capítulo 5 Epitelios Apodaca G. Review the Uroepithelium: Not Just a Passive Ba- rrier. Traffic 5:117-128, 2004. Berkovits BKB, Holland GR, Moxham BJ. Atlas en color y texto de anatomía oral, 2a. ed., pp. 218-220. Bossinger O, Bachmann A, Ciliogenesis: Polarity Proteins on the Move Dispatch. Current Biology, 5 de octubre, vol.14, R844-R846, 2004. Bragulla H, Homberger D. Review-Structure and functions of keratin proteins in simple, stratified, keratinized and corni- fied epithelia. J. Anat. 214, pp. 516-559, 2009. Cormack D. Essential Histology. 2a. ed., pp. 100-111, 2001. Danby FW. Why we have sebaceous glands. J Am Acad. Derma- tol. 52:1071-2, 2005. Erickson AC, Couchman JR, Still M. 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El tejido conectivo tiene su origen en el mesodermo, a partir del cual se forma el mesénquima, un tejido conjuntivo primitivo; las células mesenquimato- sas migran a todo el cuerpo y forman los tejidos conjunti- vos y sus células. El tejido conectivo en el adulto se clasifica en dos va- riedades: el tejido conjuntivo propiamente dicho y el tejido conjuntivo especializado que corresponde a los tejidos adi- poso, cartilaginoso, óseo, linfoide y la sangre. Las diversas variedades de tejido conjuntivo tienen a su cargo funciones especializadas, entre ellas el soporte es- tructural, como el que realiza el cartílago, los ligamentos que sostienen de manera conjunta a los huesos y los tendo- nes que se unen a los músculos y los fijan a los huesos brin- dando apoyo. El tejido conjuntivo también constituye un medio de intercambio de desechos, nutrientes y oxígeno, entre la sangre y diferentes tejidos; además, este intercam- bio permite que los epitelios se nutran, oxigenen y liberen desechos, ya que todos éstos son avasculares. Asimismo, constituye una línea de defensa y protección del cuerpo contra agentes patógenos, ello debido a que en el tejido conjuntivo residen células fagocíticas como los macrófagos y leucocitos, los cuales migran para vigilar las diferentes su- perficies corporales y eliminar antígenos. Las citocinas que son proteínas liberadas por estas células también favorecen la protección contra microorganismos, ya que modulan la inflamación y favorecen la destrucción de patógenos. Todos los tipos de tejido conjuntivo son derivados del mesénquima embrionario, pero la forma en que las células mesenquimáticas proliferan y se organizan determina el tipo de tejido conjuntivo maduro que se formará en un sitio dado. La clasificación del tejido conjuntivo se basa en su función y en la organización de sus células y de sus com- ponentes extracelulares. En el cuadro 6-1 se presenta una clasificación que incluye los principales tipos de tejido con- juntivo. En este capítulo se aborda lo correspondiente al tejido conectivo propiamente dicho y el tejido conjuntivo especializado se revisará en capítulos posteriores. Cuadro 6-1. Principales tipos de tejido conjuntivo. 1) Tejido conjuntivo embrionario Tejido conjuntivo mesenquimático Tejido conjuntivo mucoso 2) Tejido conjuntivo del adulto Tejido conjuntivo propiamente dicho Tejido conjuntivo laxo o areolar Tejido conjuntivo denso irregular Tejido conjuntivo denso regular Tejido conjuntivo especializado Cartílago Hueso Adiposo Hematopoyético Linfoide Tejido conjuntivo embrionario El tejido conjuntivo embrionario se clasifica en dos subti- pos: mesenquimático y mucoso. • Tejido conjuntivo mesenquimático. Este tejido sólo se encuentra en el embrión y se conforma por células mesenquimatosas fusiformes con núcleo de Tejido conjuntivo (propiamente dicho y especializado) CAPÍTULO 6 Vianey Rodríguez Lara Adriana E. González Villalva Diego Caffagi Padilla Teresa I. Fortoul van der Goes Histología y biología celular98 cara abierta y nucleolos prominentes, inmersas en sus- tancia amorfa con fibras reticulares finas dispersas. • Tejido conjuntivo mucoso. Es un tejido conjuntivo amorfo y laxo que se encuentra en el cordón um- bilical y en el tejido subdérmico del embrión; está compuesto por una abundante matriz extracelular especializada cuya sustancia fundamental recibe el nombre de gelatina de Warthon, la cual posee áci- do hialurónico y escasas fibras de colágena tipos I y III. Contiene, además, células mesenquimatosas y fi- broblastos muy separados entre sí, como se observa en la figura 6-1. Tejido conjuntivo del adulto Se diferencian dos tipos de tejido conjuntivo en el adulto: • El tejido conjuntivo laxo o areolar. • El tejido denso regular e irregular. El tejido conjuntivo laxo, llamado también areolar, se caracteriza por tener muchas células y pocas fibras. La sus- tancia fundamental es abundante y ocupa más espacio que las fibras, tiene consistencia gelatinosa y es muy importan- te para la difusión de oxígeno y nutrientes a los tejidos. Se encuentra debajo de los epitelios, rodeando a las glándulas y vasos sanguíneos pequeños y, por su localización, es el primer sitio donde ocurren las reacciones inflamatorias e inmunitarias y, por tanto, las células involucradas en el sis- tema de defensa son muy abundantes en este tejido. Por otro lado, el tejido conjuntivo denso se caracteri- za por tener muchas fibras y pocas células. De acuerdo a si las fibras se encuentran ordenadas en haces paralelos o no, se clasifica en regular e irregular. El tejido conjuntivo den- so irregular o no modelado contiene sobre todo fibras de colágena y la mayoría de sus células son fibroblastos; tiene una gran resistencia debida a la orientación de sus fibras en varias direcciones, por lo que es factible encontrarlo en las cápsulas de algunos órganos, en la submucosa del tubo di- gestivo y en la capa reticular de la dermis en la piel. El tejido conjuntivo denso regular o modelado tiene poca sustancia fundamental y sus fibras se encuentran ordenadas en ha- ces paralelos muy juntos, por lo que provee una resistencia máxima. Es factible hallarlo formando tendones, ligamen- tos y aponeurosis. Componentes del tejido conjuntivo propiamente dicho Matriz extracelular La matriz extracelular del tejido conjuntivo se compone de sustancia fundamental hidratada parecida a un gel con fibras inmersas en ella. Esta sustancia fundamental le permite al tejido conjuntivo resistir fuerzas de compresión, mientras que las fibras soportan las fuerzas de tensión. El agua de la sustancia fundamental permite el rápido intercambio de nutrientes y metabolitosentre las células y la matriz extracelular. Sustancia fundamental La sustancia fundamental (o amorfa) es un material hidrata- do parecido a un gel compuesto por glucosaminoglucanos, proteoglucanos y glucoproteínas; estas moléculas interactúan entre sí y con las fibras y las células inmersas en la matriz fundamental. Glucosaminoglucanos (GAG) Los glucosaminoglucanos (GAG) son polisacáridos largos no ramificados, compuestos de cadenas repetidas de disa- cáridos que se integran por un azúcar amino (N-acetilglu- cosamina o N-acetilgalactosamina) y un ácido urónico. Las características del azúcar amino permiten que la sustancia fundamental se mantenga hidratada, esto es debido a que estos azúcares suelen sulfatarse; también presentan grupos carboxilo que se proyectan desde ellos, esto les confiere una carga negativa y por ello atraen cationes como el so- dio (Na+); una concentración elevada de sodio en la matriz favorece entonces la llegada de líquido extracelular y como consecuencia la matriz permanece hidratada, lo cual ade- más aumenta la resistencia a la compresión. Cuando estas moléculas se acercan, debido a sus cargas negativas se re- pelen por lo que forman una malla de textura parecida a la que se encuentra en el moco, en el humor vítreo o el líquido sinovial. Existen diferentes tipos de GAG, todos a excepción de uno son sulfatados y presentan un poco menos de 300 unidades de disacáridos repetidas. Se unen de manera co- valente a proteínas para formar proteoglucanos. Los GAG sulfatados son sintetizados y pasan por el aparato del Golgi; Figura 6-1. Cordón umbilical teñido con H-E, se observa tejido conjuntivo mucoso, con muy pocas fibras y células dispersas (20x). 99Capítulo 6 Tejido conjuntivo (propiamente dicho y especializado) la figura 6-2 se observa la estructura de estos componentes de la matriz extracelular. Los proteoglucanos tienen diferentes funciones, debi- do a que ocupan un gran volumen, le permiten al tejido conjuntivo resistir fuerzas de compresión; asimismo, evitan que microorganismos y células neoplásicas se difundan fá- cilmente entre los tejidos; sin embargo, las células migran- tes del tejido conjuntivo como macrófagos y los leucocitos sí pueden desplazarse entre ellos. Además, los proteoglu- canos forman una malla que funciona como un filtro; al asociarse con la lámina basal, este filtro selecciona y regula el paso de macromoléculas que viajan a través de ella. Son sitios de unión para diferentes moléculas que par- ticipan en las vías de señalización, como el factor transfor- mante beta (TGF-b), de manera que bloquean estas vías al evitar que se unan con células diana. Otras participan en la formación de algunas fibrillas, por ejemplo, la decorina que se une a las moléculas de colágena y las orienta. Otras como el sindecano son proteínas transmembranales que se asocian con el citoesqueleto de actina y permiten que la célula se fije a la matriz extracelular. Los diferentes proteoglucanos, su composición y sus funciones se resumen en el cuadro 6-2. Glucoproteínas Las glucoproteínas son grandes moléculas de adhesión que se encargan de unir los diferentes elementos de la matriz extracelular entre sí y de fijar a las células a la matriz me- diante su asociación con proteínas de anclaje de las mem- branas celulares como las integrinas. éstos incluyen al queratán sulfato, heparán sulfato, condroi- tin sulfato 4 y 6, y al dermatán sulfato. El ácido hialurónico es el único GAG no sulfatado y, a diferencia de los sulfa- tados, puede tener hasta 10 000 unidades de disacáridos repetidas y no pasa por el aparato de Golgi, se sintetiza en la cara citoplásmica de la membrana plasmática por las sin- tetasas de hialuronano, las cuales son proteínas transmem- branales que además facilitan la salida del ácido hialurónico hacia la matriz extracelular. Este GAG no forma proteo- glucanos como los sulfatados, pero los proteoglucanos se unen al ácido hialurónico mediante proteínas de enlace. Proteoglucanos Los proteoglucanos son centros proteicos a los cuales se enlazan de manera covalente varios glucosaminoglucanos sulfatados. Estas estructuras semejan un cepillo donde la proteína constituye el centro de la estructura; el tallo de alambre y los GAG que se unen al centro proteico y se proyectan desde su superficie corresponderían a las cerdas del cepillo. Los GAG se unen al centro proteico mediante un trisacárido de enlace que está acoplado a través de una unión O-glucosídica al centro proteico y tiene numerosos residuos de serina y treonina que le permiten unir varios GAG. Los proteoglucanos tienen tamaños variables; la can- tidad de GAG unidos a la proteína central va desde 1, en cuyo caso recibe el nombre de decorina, hasta 200, lo que se conoce como agrecán. Además, la proteína central pue- de tener asociados GAG idénticos (como fibroglucano o versicano) o diferentes (como el agrecano o sindecano). En GAG Monómero de proteoglucano Proteína central Aglomeración de proteoglucanos Proteína de enlace Hialorunato Fibras de colágena Fibras elásticas Figura 6-2. Estructura de los pro- teoglucanos; este esquema repre- senta la estructura general de los proteoglucanos y su relación con el ácido hialurónico. Histología y biología celular100 Fibras del tejido conjuntivo Fibras de colágena La función de las fibras de colágena es dar fuerza y flexibilidad, así como resistencia a la tensión y la tracción longitudinal. Estas fibras son las más abundantes del tejido conjuntivo y en el microscopio de luz, con tinción H-E, se pueden observar de color rosa, es decir, tienen acidofilia. Particularmente se evidencian con otras tinciones como tricrómico de Mallory o Masson, en la cual se observan de color azul. En el microsco- pio electrónico de transmisión (MET) se observan las fibras con estriaciones transversales y es posible identificar un pa- trón de bandas que tienen una periodicidad de 68 nm. Dichas fibras están formadas originalmente por tres ca- denas polipeptídicas alfa que se enroscan para formar una triple hélice. Estas cadenas tienen sobre todo hidroxiproli- na, hidroxilisina y prolina; cabe mencionar que en la hidroxi- lación de estos aminoácidos tiene un papel muy importante la vitamina C (ácido ascórbico); sin estas hidroxilaciones no se forman los enlaces de hidrógeno necesarios para formar la estructura definitiva de la molécula de colágena. Además, unidos a la hélice hay sacáridos; por tanto, la colágena se cla- sifica como glucoproteína. Existen 42 tipos de cadena alfa codificadas por genes diferentes que se pueden combinar de diferentes maneras dando lugar a los 27 tipos de coláge- na conocidos que se identifican con números romanos de acuerdo con la cronología de su descubrimiento. Sin embar- go, los principales tipos de colágena son los primeros cuatro, ya que juntos forman alrededor de 90% de toda la colágena del organismo. La colágena de tipo I se encuentra sobre todo en hueso, tejido conjuntivo propiamente dicho, tendo- nes y ligamentos. La colágena de tipo II es muy abundante en cartílago, la colágena III es la constituyente de las fibras reticulares de las que se ampliarán posteriormente algunos Las principales proteínas de adhesión son fibronectina, laminina, enactina, tenascina, condronectina y osteonectina. La fibronectina es la proteína más abundante del teji- do conjuntivo producida por los fibroblastos. Esta molécu- la tiene dos brazos, uno que posee sitios de unión para la colágena, heparina, sulfato de heparán y ácido hialurónico y el otro brazo de la molécula reconoce integrinas de la membrana celular. Aunque la fibronectina se encuentra en el tejido conjuntivo, también es posible hallarla en la sangre como fibronectina plasmática, la cual facilita la cicatriza- ción, la coagulación y la fagocitosis. La laminina es una glucoproteína localizada gene- ralmente en la lámina basal, posee sitios de unión para el sulfato de heparán, colágena tipo IV, enactinay las mem- branas celulares. La entactina es una glucoproteína sulfatada, se asocia con las moléculas de colágena tipo IV facilitando de esta mane- ra la unión de otras proteínas como la laminina a la colágena. Por otro lado, la tenascina se expresa en condiciones naturales en el tejido embrionario donde marca vías espe- cíficas para que las células puedan migrar y durante la re- paración de heridas, también está presente en las uniones musculotendinosas y se expresa en los tumores, tiene sitios de unión para sindecanos y fibronectina, por lo que permi- te la unión de las células a la matriz extracelular. La condronectina y la osteonectina están presentes en la matriz extracelular del cartílago y el hueso respectivamen- te, y ayudan a fijar a las células a su matriz. La condronectina tiene sitios de unión para la colágena tipo II presente en el cartílago, sulfato de condroitina, ácido hialurónico e integri- nas de cartílago. La osteonectina se asocia con la colágena de hueso (colágena tipo I), así como con proteoglucanos e integrinas de osteoblastos y osteocitos; además participa en el secuestro de calcio y en la calcificación de la matriz ósea. Cuadro 6-2. Proteoglucanos. Proteoglucano Composición Localización Función Agrecán El ácido hialurónico conforma el centro de esta molécula lineal a partir del cual se proyectan hasta 200 proteoglucanos formados por GAG como el condroitín sulfato y el queratán sulfato Cartílago Hidratar la matriz extracelular del cartílago Decorina Sólo lo conforma una cadena y puede ser de condroitín sulfato o dermatán sulfato Tejido conjuntivo, cartílago y hueso Participa en la formación de las fibras de colágena. Regula el espesor de estas fibrillas y las orienta Participa en la interacción célula-célula y célula-matriz extracelular Versicano Contiene 12 a 15 cadenas de condroitín sulfato unidas a la proteína central Piel, músculo liso, células mesangiales del riñón Vincula a las células con la matriz extracelular Sindecano Proteína transmembranal, contiene cantidades variables de heparán sulfato y condroitín sulfato Epitelios embrionarios Funciona como correceptor y se asocia con el factor de crecimiento de fibro- blastos y permite el reconocimiento del receptor en células vecinas 101Capítulo 6 Tejido conjuntivo (propiamente dicho y especializado) DENTRO DEL FIBROBLASTO FUERA DEL FIBROBLASTO RER Cadenas polipeptídicas alfa Las moléculas de colágena se ensamblan de manera escalonada para formar una fibrilla de colágena Molécula de colágena Triple hélice o procolágena Glucosilación e hidroxilación Vitamina C importante para la hidroxilación de prolina y lisina Molécula de colágena o tropocolágena Separación de los extremos no helicoidales del procolágena por la enzima procolágena peptidasa Aparato de Golgi Embalaje y exocitosis de procolágena Figura 6-3. En este esquema se observa la secuencia de eventos necesarios para la pro- ducción de las fibras de colágena tanto en el espacio intracelular como en el extracelular detalles. La colágena de tipo IV se encuentra en las láminas basales que le dan sostén al tejido epitelial. Las cadenas polipeptídicas alfa se forman en el retícu- lo endoplásmico rugoso (RER) del fibroblasto y ahí mismo ocurre la hidroxilación y glucosilación, así como también se ensambla la triple hélice, conocida como procolágena que es empaquetada en el aparato de Golgi para ser exo- citada posteriormente. Una vez fuera del fibroblasto la enzima procolágena pep- tidasa escinde los extremos no helicoidales del procolágena para formar la molécula de colágena, conocida también con el nombre de tropocolágena. Esta molécula se va alinear en hileras y autoensamblar longitudinalmente cabeza con cola y de manera transversal y escalonada como se observa en la figura 6-3, para formar las fibrillas (que pueden tener varios tipos de colágena) y, finalmente, varias fibrillas forman una fibra de colágena. En la figura 6-4 se observa un corte de tendón con gran cantidad de fibras de colágena. Figura 6-4. Tendón, teñido con Masson; se observa tejido con- juntivo denso regular, con abundantes fibras de colágena en dis- posición paralela (40x). El escorbuto, que es consecuencia de la carencia de vita- mina C, se presentaba en la antigüedad en los piratas o en las personas que hacían largos viajes en barco porque no llevaban suficientes frutas que les proporcionaran esta vitamina. Esta enfermedad se caracteriza porque no se forman suficientes fibras de colágena normales. Al no ha- ber la cantidad adecuada de hidroxiprolina, la colágena es más laxa y los pacientes tienen tendencia a hemorragias en la piel y en las encías por mayor fragilidad capilar, ade- más puede haber deformaciones óseas y hasta fracturas. Fibras elásticas Son fibras muy delgadas, forman redes, su función es pro- porcionar resistencia a la tracción y presión, tienen la ca- pacidad de deformarse y regresar a su estado original. Se observan de un rosa muy pálido en cortes teñidos con H-E, se requieren tinciones especiales como la de orceína en la cual se observan de color marrón rojizo, hematoxilina de Verhoeff en la cual se observan de color negro y de color rojo vino con la tinción de Reyes-Gallego. Están compuestas de microfibrillas que están for- madas por una proteína llamada fibrilina, dispuestas en Histología y biología celular102 donde realizan su función. Las células móviles o migran- tes son aquellas células que se originan en médula ósea, viajan por sangre y llegan al tejido conjuntivo para ejercer su función y, en general, su vida es muy corta en este tejido (cuadro 6-3). Cuadro 6-3. Clasificación de células de tejido conjuntivo. Células fijas o propias Células móviles o migrantes Fibroblastos Macrófagos Miofibroblastos Células plasmáticas Adipocitos Leucocitos Pericitos Mastocitos o células cebadas Células fijas Fibroblastos Son las células más abundantes del tejido conjuntivo, su función es elaborar la matriz extracelular, tanto las fibras como la matriz amorfa. Es una célula que deriva de células mesenquimatosas y puede diferenciarse hacia células adi- posas o incluso a condrocitos, como en el caso del fibro- cartílago. En los cortes en microscopía de luz dif ícilmente se ob- servan, se ve con claridad su núcleo, paralelo al eje largo de las fibras de colágena, pero escasamente el citoplasma, como se observa en la figura 6-7. Cuando la célula está ac- tiva, con tinción H-E se observa fusiforme, con núcleo ova- lado de cara abierta, citoplasma ligeramente basófilo por la abundante cantidad de RER, organelo que es evidente en las imágenes de MET, junto con el aparato de Golgi, e incluso haces incluidos en un material amorfo hecho de elastina. La elastina tiene poca hidroxiprolina, pero tiene abundante desmosina e isodesmosina, las cuales se encargan de unir cuatro elastinas entre sí, lo que la hace muy insoluble. Al- gunos de los órganos que se caracterizan por tener abun- dantes fibras elásticas son las arterias de conducción como la aorta, el pulmón y la laringe, sitios en donde se hace evi- dente la necesidad de este tipo de fibras por la función que llevan a cabo. En la figura 6-5 se muestra un acercamiento a la capa media de la aorta para observar la gran cantidad de fibras elásticas. Fibras reticulares Son fibras muy delgadas y, como su nombre lo dice, tien- den a formar redes que tienen como función el dar sostén a órganos hematopoyéticos, linfopoyéticos y del sistema endocrino fundamentalmente, aunque se encuentran en algunos otros tejidos y formando la capa reticular de la membrana basal. No se observan con la tinción H-E y se hacen evidentes con tinciones argénticas (Wilder, Gomory), en las cuales se observan de color negro, como se observa en la figura 6-6. La tinción de PAS las hace evidentes y se tiñen de color rojo magenta. Su estructura está hecha de fibras de colágena de tipo III y proteoglucanos. Células de tejido conjuntivo