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1 Texto virtual de fisiología y biofísica Dr. Fernando D. Saraví Profesor Titular Instituto de Fisiologia Facultad de Ciencias Médicas Universidad Nacional de Cuyo Mendoza 5500 Argentina E-mail: fernando.saravi@hotmail.es profesorsaravi@gmail.com Este es un tratado actualizado, con énfasis en la fisiología humana, orientado a estudiantes de medicina y otras ciencias de la salud. Los archivos de sus 95 capítulos están disponibles de manera pública y gratuita en: http://fisiologiahumana.weebly.com Secciones Parte 1: Sangre e inmunidad Parte 2: Sistema endocrino Parte 3: Reproducción Parte 4: Sistema nervioso Parte 5: Circulación Parte 6: Respiración Parte 7: Riñón y medio interno Parte 8: Digestión 1. Sangre e inmunidad 01. Sangre: Composición, funciones y eritrocateresis 02. Hemopoyesis 03. Sistema inmune 04. Hemostasia 2. Sistema endocrino 05. Organización del sistema endocrino 06. Mecanismos de acción hormonal 07. Hipotálamo e hipófisis 08. Tiroides 09. Glándulas suprarrenales 10. Páncreas endocrino y metabolismo intermedio 11. Crecimiento y desarrollo 12. Envejecimiento y senectud 13. Hueso y metabolismo fosfocálcico mailto:fernando.saravi@hotmail.es mailto:profesorsaravi@gmail.com http://fisiologiahumana.weebly.com/ 2 3. Reproducción 14. Diferenciación sexual 15. Pubertad 16. Aparato sexual masculino 17. Aparato sexual femenino 18. Embarazo: Endocrinología y adaptaciones fisiológicas 19. Embarazo: Intercambio materno-fetal 20. Parto y lactancia 4. Sistema nervioso 21. Organización y soporte del sistema nervioso 22. Transporte transmembrana y potencial de reposo 23. Fenómenos electrotónicos 24. Propagación: El potencial de acción 25. Sinapsis 26. Receptores sensoriales 27. Somestesia 28. Nocicepción y dolor 29. Audición 30. El ojo como instrumento óptico 31. Visión: Retina, vías y centros 32. Sentidos químicos: gusto y olfato 33. Organización de los sistemas motores 34. Músculo esquelético: Electrofisiología 35. Músculo esquelético; Mecánica 36. Reflejos espinales 37. Equilibrio y postura 38. Corteza motora 39. Ganglios de la base 40. Cerebelo 41. Fisiología de la marcha 42. Atención y memoria 43. Funciones nerviosas superiores 44. Sueño y vigilia 45. Comportamiento emocional e instintivo 46. Sistema nervioso autónomo 47. Regulación de la temperatura 5. Circulación 48. Organización del sistema circulatorio 49. Principios de hemodinámica 50. Reología de la sangre 51. Electrofisiología cardíaca 52. El electrocardiograma 53. Mecánica de las células cardíacas 54. El ciclo cardíaco 3 55. El corazón como bomba 56. Circulación coronaria 57. El gasto cardíaco 58. Vasos sanguíneos 59. Músculo liso vascular 60. Presión y flujo en las arterias 61. Microcirculación 62. Función endotelial 63. Sistema venoso y linfático 64. Regulación cardiovascular 6. Respiración 65. Organización del sistema respiratorio 66. Mecánica de la respiración y fisiología del habla 67. Volúmenes y capacidades pulmonares: Espirometría 68. La circulación pulmonar 69. Hematosis y relación ventilación/perfusión 70. Transporte de gases en sangre 71. Regulación de la respiración 72. Fisiología de la fonación 73. Hipoxia 74. Respuesta respiratoria y circulatoria al ejercicio 7. Riñón y medio interno 75. Organización del aparato urinario 76. Fisicoquímica de los líquidos corporales 77. Clearance (depuración) 78. Filtración glomerular 79. Función tubular 80. Concentración y dilución de la orina 81. Transporte, almacenamiento y eliminación de la orina 82. Balance de agua, sodio, potasio y magnesio 83. Estado ácido-básico 8. Digestión 84. Organización del sistema digestivo 85. Regulación neurohumoral 86. Masticación y deglución 87. Motilidad del estómago e intestino delgado 88. Motilidad del colon, continencia y defecación 89. Secreción salival 90. Secreción gástrica 91. Secreción pancreática exocrina 92. Secreción biliar y función hepática 93. Digestión y absorción 94. Principios de nutrición 95. Regulación de la ingesta de alimentos Dr. Fernando D. Saraví En el adulto el volumen total de sangre o volemia comprende 8 % de la masa corporal (rango, 7 y 9 % , ó aprox. 70 a 80 mL/kg de peso), es decir 4 a 5 L en la mujer no embarazada y 5 a 6 L en el varón.. El pH de la sangre es de 7.40 (rango 7.35 a 7.45). La densidad de la sangre es en término medio 1.055 g/cm3 (rango 1.045 a 1.065 g/cm3) y su viscosidad normal es de 4 cP (rango 3.5 a 5.5 cP) con una tasa de corte de 100 s-1 o mayor (véase más abajo). La sangre cumple múltiples funciones, entre las que merecen citarse las siguientes: 1) Transporte de gases: Oxígeno desde los pulmones hacia los tejidos y dióxido de carbono desde los tejidos hacia los pulmones. 2) Transporte de nutrientes desde el tracto digestivo hacia el hígado y otros tejidos, e intercambio de nutrientes entre diversos tejidos. 3) Transporte de señales hormonales desde las glándulas endocrinas hacia sus órganos blanco. 4) Transporte de sustancias de desecho hacia los órganos de eliminación (riñón, hígado). 5) Transporte de calor y regulación de la temperatura 6) Metabolismo de hormonas y diversas sustancias biológicas 7) Regulación del equilibrio ácido básico 8) Regulación del equilibrio hidrosalino 9) Defensa contra microorganismos Las funciones múltiples de la sangre se reflejan en su compleja composición (Fig. 1). Consta de células o elementos formes y de una fase fluida, llamada plasma. Los elementos formes comprenden trombocitos, leucocitos y eritrocitos. Los primeros, también llamados plaquetas, cumplen un papel fundamental en la hemostasia (prevención y detención de las hemorragias). Los leucocitos o glóbulos blancos son parte del sistema inmunológico. Aunque sus funciones son muy importantes, las plaquetas y los leucocitos constituyen una fracción muy pequeña de cada volumen de sangre. Las concentraciones de elementos formes se expresan en unidades por microlitro o mm3 (1 μL = 1 mm3). Las células más abundantes son con mucho los eritrocitos o glóbulos rojos (4 a 6 milllones por μL). Su principal función es el transporte de oxígeno y dióxido de carbono, para lo cual contienen una elevada concentración de hemoglobina. La fracción porcentual de cada volumen de sangre ocupado por los eritrocitos se denomina hematocrito. Por ejemplo, un hematocrito de 40 % significa que hay 400 mL de glóbulos rojos por cada 1000 mL de sangre. El plasma tiene una concentración de proteínas de 70 g/L (rango 60 a 80 g/L) y aprox. 2 g/L de diversos solutos de bajo peso molecular, llamados colectivamente cristaloides, que incluyen cationes y aniones inorgánicos, glucosa, urea, y otras moléculas. La composición de cristaloides en el plasma es similar a la del líquido intersticial, debido a que estas moléculas atraviesan libremente el endotelio de la mayoría de los capilares. Por el contrario, la transferencia de proteínas plasmáticas es limitada por el endotelio (excepto en los sinusoides hepáticos, esplénicos y de la médula ósea). PROTEÍNAS PLASMÁTICAS Las principales proteínas plasmáticas son la albúmina, las globulinas y el fibrinógeno. La concentración plasmática de fibrinógeno es de 200 a 400 mg/dL. Cuando la sangre coagula, se consume fibrinógeno y algunas proteínas que son factores de coagulación (ver HEMOSTASIA). La fase líquida restante luego de la coagulación se llama suero sanguíneo. A pH básico, las proteínas del suero son polianiones que migran en un La sangre: Composición y funciones; eritrocateresis Posgrado-00 Sello La sangre Dr. Fernando D. Saraví 2 campo eléctrico en proporción directa a su carga eléctrica e inversa a su masa. Esto permite separar las diversas fracciones mediante electroforesis (Fig. 2). La albúmina no contieneresiduos de carbohidratos, pero el resto de las proteínas plasmáticas son casi todas glicoproteínas. Con excepción de las γ−globulinas, las proteínas plasmáticas se sintetizan en el hígado (aunque pequeñas cantidades de ciertas proteínas provienen de otros orígenes, como por ej. el endotelio). La albúmina es una proteína globular de 69 kDa que constituye 60 % de la masa de proteínas plasmáticas (3.5 a 5.5 g/dL). La mitad de la proteína secretada por el hígado es albúmina (12 g/día). Su vida media en el plasma es de 20 h. La albúmina es responsable por 75 a 80 % de la presión coloidoosmótica del plasma. Además contribuye al transporte de diversas sustancias en el plasma, como calcio, ácidos grasos libres y bilirrubina. Muchos fármacos, como aspirina y penicilina, también circulan unidos a la albúmina. La fracción α1-globulina es aprox. 3 % del total. Incluye entre otras proteínas la α1- glicoproteína ácida, la α1-antitripsina y la α1- fetoproteína (la cual normalmente no supera 2 mg/dL). La fracción α2-globulina (aprox. 10 % del total) abarca la α2-macroglobulina, la ceruloplasmina (transporte de Cu2+), la haptoglobina (que se liga a la hemoglobina libre en plasma e impide que se pierda por orina), la α2-antitrombina (regulación de la coagulación) y la proteína C reactiva. Esta última participa en la regulación de la coagulación y en mecanismos inmunitarios. Es la principal de las llamadas proteínas de fase aguda, cuya concentración aumenta enormemente (hasta 1000 veces) en estados inflamatorios por mayor producción hepática. La fracción β-globulina contiene fibronectina, transferrina (transporta Fe2+), transcobalamina (transporta vitamina B12), componentes del complemento (ver INMUNIDAD INESPECÍFICA) y lipoproteínas fundamentales para el transporte de lípidos entre el hígado y los tejidos. Las inmunoglobulinas que componen la fracción γ-globulina son sintetizadas por células plasmáticas y corresponden principalmente a tipos G, M y A, que se describirán con el SISTEMA INMUNE. El proteinograma revela alteraciones cuantitativas en las fracciones normales, como por ej. hipoalbuminemia en la desnutrición, el síndrome nefrótico y la insuficiencia hepática o hipergamaglobulinemia en infecciones y enfermedades autoinmunes. También detecta proteínas anormales (paraproteinemia), en enfermedades como mieloma múltiple y macroglobulinemia de Waldeström. EL HEMOGRAMA El hemograma es una descripción cuantitativa y cualitativa de las células sanguíneas. Actualmente se realiza mediante analizadores automáticos que en general brindan resultados más confiables y precisos que el examen manual. No obstante, en casos particulares se necesita el examen manual de un frotis (Fig. 3) por un hematólogo para establecer un diagnóstico (por ejemplo, detectar poiquilocitosis, alteraciones en la forma de los La sangre Dr. Fernando D. Saraví 3 glóbulos rojos o anisocitosis, disparidad en su diámetro o volumen). El hemograma brinda información sobre eritrocitos, leucocitos y plaquetas. Serie roja Los datos cuantitativos son el recuento de eritrocitos (millones por microlitro; 1 μL = 1 mm3), el hematocrito (%), la concentración de hemoglobina (g/dL de sangre). Los valores normales se indican en la Tabla 1. En la embarazada se admiten cifras menores que las indicadas. Los llamados índices hematimétricos se calculan a partir de los datos anteriores y son: 1. Volumen corpuscular medio (MCV): Volumen promedio de los eritrocitos en femtolitros (1 fL = 10-15 L). Se calcula como hematocrito x 10 dividido millones de eritrocitos por mm3. Por ej., si el hematocrito es 45 % y hay 5 M/μL, MCV = 450/5 = 90 fL. Rango normal: 80 a 95 fL. 2. Hemoglobina corpuscular media (MCH): Cantidad promedio de hemoglobina en cada eritrocito en picogramos (1 pg = 10-12 g). Se calcula como el cociente entre la concentración de hemoglobina en gramos/litro y el número de eritrocitos en millones/mm3. Por ej., si hay 15 g/dL y 5 millones/mm3, MCH = 150/5 = 30 pg/eritrocito. Rango normal: 27 a 31 pg. 3. Concentración de hemoglobina corpuscular media (MCHC): Es la concentración promedio de hemoglobina en gramos por dL de eritrocitos. Se calcula dividiendo la hemoglobina en g/dL y el hematocrito como fracción. Para el ejemplo antes dado, MCHC = 15/ 0.45 = 33.3 g/dL. Rango normal: 32 a 36 g/dL. 4. Amplitud de distribución del volumen eritrocitario (RCDW): Es una medida de la dispersión en el tamaño de los eritrocitos. Su aumento se llama anisocitosis. El rango normal es de 11 a 15 %. La anemia es una condición muy común, en la cual hay anormalidades en los eritrocitos o sus precursores. La anemia obedece a numerosas causas congénitas o adquiridas. Se define como una reducción en la masa de eritrocitos circulantes. En la práctica se diagnostica por una concentración de hemoglobina menor de 12 g/dL o un hematocrito menor de 36 % en la mujer, o respectivamente < 14 g/dL o < 41 % en el varón. El número de eritrocitos/mm3 es un criterio menos útil pues este recuento es poco exacto, con un error de ± 20 %. El recuento de reticulocitos no forma parte del hemograma estándar pero es indispensable para el estudio de la anemia. Los reticulocitos son glóbulos rojos jóvenes que aún conservan restos de ARN extranuclear de sus precursores, evidenciable en un frotis teñido con azul de metileno. Normalmente son 1 a 2 % de los glóbulos rojos de la sangre periférica. La anemia reconoce numerosas causas, pero en definitiva se produce por dos causas principales: insuficiente producción o excesiva pérdida de eritrocitos. La producción insuficiente puede deberse a defecto en la proliferación (Por ej., anemia aplástica) o en la maduración de los precursores de eritrocitos (por ej., déficit de hierro o de folato). En las fallas de producción los reticulocitos permanecen bajos (típicamente < 2 %). Estas anemias se denominan no regenerativas. La pérdida excesiva puede deberse a destrucción acelerada (hemólisis) o hemorragia. En las anemias por pérdida excesiva, también llamadas regenerativas, la médula ósea responde produciendo más eritrocitos, y la fracción de reticulocitos corregida es > 2.5 %. La corrección es necesaria porque un porcentaje “normal” de reticulocitos en un sujeto anémico indica una concentración absoluta baja de eritrocitos. Por ej., 1 % de 5 000 000 eritrocitos/mm3 = 50 000 reticulocitos/mm3; pero 1 % de 3 000 000 eritrocitos/mm3 (anemia) corresponde a sólo 30 000 reticulocitos/mm3. El recuento en porcentaje debe corregirse por el cociente entre la concentración de hemoglobina del paciente anémico y la media normal, o entre el hematocrito del paciente y el hematocrito medio normal. Por ejemplo, cuando la concentración de hemoglobina es 9 g/dL y el hematocrito 27 %, los factores de corrección son 9/15 y 27/45 respectivamente. Un recuento no corregido de 4 Tabla 1: Valores normales para las variables eritrocíticas en el varón adulto y la mujer adulta no embarazada. Variable Varón Mujer Eritrocitos (106/mm3) 4.7- 6.1 4.2 - 5.4 Hematocrito (%) 42 – 52 34 – 47 Hemoglobina (g/dL) 14 – 18 12 – 16 MCV (fL) 80 - 95 MCH (pg) 27 – 31 MCHC (g/dL) 32 – 36 RCDW (%) 11 – 14.5 Reticulocitos (%) 1 - 2 La sangre Dr. Fernando D. Saraví 4 % en un paciente con 9 g/dL corresponde a un valor corregido de 4 . 9/15 = 2.4 % (si aparecen precursores eritroides inmaduros en sangre periférica se requiere una segunda corrección, típicamente dividiendo por dos el resultado de la primera corrección). Serie blanca Los datos cuantitativos son el recuento de leucocitos y la proporción de cada uno de los principales tipos de leucocitos (Tabla 2). Normalmente la concentración de leucocitos es mayor en la mujer que en el varón, y esta diferencia se acentúa durante el embarazo. En los niños normales es mayor el porcentaje de linfocitos que de neutrófilos.Un exceso de glóbulos blancos se llama leucocitosis y se encuentra, por ej., en infecciones, grandes quemaduras y leucemias. El déficit se denomina leucopenia y se asocia con depresión primaria de la médula ósea, vasculitis generalizadas, quimioterapia y reacciones a fármacos. El recuento diferencial también brinda información importante. Por ejemplo, la neutrofilia (exceso de neutrófilos) es típica de las infecciones bacterianas, mientras que la neutropenia puede deberse a quimioterapia y a ciertos fármacos. En el recuento diferencial, los neutrófilos con núcleo en cayado representan formas jóvenes y su exceso, llamado desviación a la izquierda, se toma como indicativo de infección aguda. No obstante, excepto en la sepsis del neonato, el valor de una desviación a la izquierda está muy cuestionado. Un exceso de linfocitos (linfocitosis) se observa en hepatitis viral y mononucleosis infecciosa. Por el contrario, se encuentra linfopenia en la infección por HIV y luego de la radioterapia. El exceso de monocitos (monocitosis) puede observarse en la tuberculosis, y el exceso de eosinófilos (eosinofilia) en enfermedades parasitarias y alérgicas. Los basófilos circulantes disminuyen en una reacción alérgica aguda, pero como su concentración normal es baja, esto puede ser difícil de demostrar. Plaquetas En el hemograma se describe su apariencia y su concentración. Normalmente hay entre 150 000 y 400 000 trombocitos/μL. Este rango es válido para niños y adultos. El exceso de plaquetas (trombocitosis) puede ser primario por enfermedad de la médula ósea, pero con mayor frecuencia es secundario a hemorragia, infección, quemaduras, tumores o inflamación crónica. La trombocitopenia puede también ser primaria por falla de la médula ósea o una enfermedad propia de las plaquetas (púrpura trombocitopénica), o ser secundaria a enfermedades como coagulación intravascular diseminada, hiperesplenismo, infección por HIV, síndrome urémico-hemolítico. ERITROSEDIMENTACIÓN Los eritrocitos son más densos que el plasma. Si se impide la coagulación de la sangre y se la deja en reposo en un tubo, los eritrocitos decantan y dejan una capa de plasma sobrenadante. Este fenómeno es más intenso cuando aumenta la concentración plasmática de fibrinógeno, proteína C o inmunoglobulinas. Esto se debe a que estas proteínas facilitan la asociación de los eritrocitos en “pilas de monedas” al reducir la repulsión electrostática entre sus membranas. Los eritrocitos agregados decantan más rápidamente. El espesor de la capa de plasma formada al cabo de 1 h de dejar la sangre en reposo en un tubo especial milimetrado, llamado de Westergren, se denomina incorrectamente (aunque está consagrado por el uso) “velocidad de sedimentación globular” (VSG); Tabla 3. La medición válida de la VSG exige una serie de precauciones técnicas. Por ej., si el tubo no se encuentra perfectamente vertical la VSG medida es mayor que la real. Además, la VSG es mayor cuando existe anemia y puede ser normal en la policitemia y la hipofibrinogenemia. La VSG contribuye decisivamente al Tabla 3: Valores normales de eritrosedimentación (www.nlm.nih.gov) Edad y sexo VSG (mm en 1a h) Neonatos 0 a 2 Hasta 13 años 3 a 13 Varones < 50 años < 15 Varones > 50 años < 20 Mujeres < 50 años < 20 Varones > 50 años < 30 Tabla 2: Valores normales de la serie blanca en el varón adulto y la mujer adulta no embarazada. Variable Varón Mujer Leucocitos (103/mm3) 5 - 10 4.5 - 11 Neutrófilos 55 – 70 % Neutróf. en cayado 0 – 3 % Linfocitos 20 – 40 % Monocitos 2 – 8 % Eosinófilos 1 – 4 % Basófilos 0.5 – 1 % La sangre Dr. Fernando D. Saraví 5 diagnóstico de unas pocas enfermedades, como arteritis de células gigantes, tiroiditis subaguda y polimialgia reumática, cuando una VSG muy alta se acompaña de las manifestaciones clínicas pertinentes. También se mide en forma seriada para seguir la evolución de una enfermedad. Por ej., en la tuberculosis y en la artritis reumatoidea la VSG se reduce progresivamente cuando hay respuesta al tratamiento. Además, la VSG es una prueba de rutina que a veces alerta sobre una enfermedad no sospechada y la necesidad de estudios adicionales. Valores muy altos de VSG (a veces > 100 mm) pueden observarse en pacientes, aún asintomáticos, con infecciones, tumores o enfermedades autoinimunes. ERITROCATERESIS La eritrocateresis es el conjunto de procesos mediante los cuales se depuran (eliminan de la circulación) los eritrocitos viejos o anormales. Los eritrocitos normales subsisten en la circulación por 120 días (rango 116 a 124 días). Durante ese período recorren el aparato circulatorio aprox. 1.7 x 105 veces, con un recorrido total de 200 km. En sus 4 meses de vida están constantemente sujetos a estrés físico y bioquímico. Los glóbulos rojos sufren reiterados ciclos de deformación reversible en su paso por los capilares, flujo turbulento y altas tasas de corte en las grandes arterias, y un medio hipertónico en la médula renal. Los reiterados ciclos de oxigenación en los capilares pulmonares y desoxigenación en los capilares sistémicos suponen un estrés químico. La unión del O2 a la hemoglobina se realiza mediante un enlace coordinado en el cual el O2 y el Fe2+ del grupo hemo comparten transitoriamente un electrón. El electrón debe permanecer con el Fe2+ al desoxigenarse la hemoglobina. No obstante, a veces es retenido por el O2, lo que origina un anión superóxido y deja el hierro oxidado (Fe3+), lo cual transforma a la hemoglobina en metahemoglobina. Cada día aprox. 1 % de la hemoglobina (en fumadores hasta 3 %) forma metahemoglobina. Esta última puede formar derivados llamados hemicromos, que generan especies reactivas del oxígeno y causan daño a la membrana y a macromoléculas. El estrés mecánico es bien tolerado debido a la deformabilidad de la membrana eritrocítica y a un esqueleto de membrana flexible pero resiliente (ver REOLOGÍA DE LA SANGRE). El estrés químico es contrarrestado por un conjunto de enzimas antioxidantes: catalasa, superóxido dismutasa, NADH-metahemoglobina reductasa, glutatión peroxidasa y glutatión reductasa. A pesar de las citadas defensas, los eritrocitos terminan sufriendo las consecuencias de las agresiones citadas, y deben ser removidos de la circulación. Debe notarse que normalmente los glóbulos rojos envejecidos no se fragmentan, sino que son activamente fagocitados por el sistema retículo-endotelial (ver SISTEMA INMUNE). Los eritrocitos viejos tienen menor volumen que los jóvenes. Contienen menos agua y hemoglobina, se reduce su dotación de enzimas antioxidantes y su metabolismo energético (exclusivamente glucolítico). Su superficie de membrana se reduce en hasta 20 %. Todo esto los torna frágiles pero no explica su remoción de la sangre, ya que, como se dijo, los eritrocitos viejos normales no se fragmentan en la circulación, sino que son fagocitados íntegros. Los glóbulos rojos envejecidos son fagocitados por macrófagos de la médula ósea, del hígado y, sobre todo, del bazo. En este órgano, los eritrocitos que llegan a la pulpa roja deben atravesar la pared de los senos venosos deslizándose entre células endoteliales, para lo cual deben deformarse (Fig. 4). Los macrófagos de la pulpa roja fagocitan los glóbulos rojos más viejos y rígidos. No obstante, la fagocitosis de los eritrocitos viejos no resulta de un simple problema mecánico, sino que es un fenómeno inmune, mediado por interacciones específicas con los macrófagos (ver SISTEMA INMUNE). La La sangre Dr. Fernando D. Saraví 6 especificidad es proporcionada por al menos dos mecanismos (Fig. 5). En la membrana de los glóbulos rojos viejos aumenta la concentración de la fosfatidilserina, que puede ser reconocida por receptores tipo Toll presentes en los macrófagos. Más importante parece ser la expresión de un antígeno de membranaque no está presente en los eritrocitos jóvenes. Se cree que este antígeno se debe a la degradación o polimerización de la proteína banda 3 (capnoforina) que es muy abundante en la membrana eritrocítica. El antígeno se liga a una inmunoglobulina G normalmente presente en el plasma. Se discute si esta unión activa o no al complemento, pero en todo caso la inmunoglobulina fijada a la membrana eritrocítica se une a receptores FcγR de los macrófagos, lo cual inicia la fagocitosis. METABOLISMO DEL GRUPO HEMO Se produce aprox. 50 mg de grupo hemo por día. El hemo se sintetiza a partir de glicina y succinilCoA que, en la mitocondria, forman ácido δ-aminolevulínico (ALA) por acción de la ALA sintasa (paso limitante de la síntesis de hemo). El ALA se transfiere al citosol, donde por varios pasos enzimáticos se condensa en un núcleo tetrapirrólico y forma protoporfirinógeno IX, que retorna a la mitocondria. Allí se forma protoporfirina IX, que incorpora Fe2+ por acción de una ferroquelatasa, generando el hemo. En los precursores de los eritrocitos, el hemo es luego ligado a las cadenas de globina para formar hemoglobina. Cuando los eritrocitos son fagocitados y lisados dentro de los macrófagos, la globina y el hemo se separan (Fig. 6). La porción globina sufre proteólisis y los aminoácidos resultantes se incorporan al pool plasmático. El hemo es atacado por la enzima hemo oxigenasa, que abre el anillo tetrapirrólico formando biliverdina, libera el hierro (como Fe3+) y forma monóxido de carbono como subproducto. La biliverdina (verde) se transforma en bilirrubina (anaranjada) por acción de una reductasa. La bilirrubina es liberada a la sangre, en la cual circula principalmente unida a la albúmina, en equilibrio con una pequeña fracción de bilirrubina libre. La bilirrubina es incorporada a los hepatocitos por tres mecanismos: 1) La bilitranslocasa, una proteína de 37 kDa que incorpora bilirrubina aniónica electrogénicamente; 2) un mecanismo de transporte electroneutro aún no dilucidado y 3) una proteína de transporte de aniones orgánicos (OATP-1) que intercambia bilirrubina aniónica por Cl-. En el retículo endoplásmico del hepatocito, las uridina difosfato glucuronil transferasas (UGT) de la familia 1 (hay 4 familias) conjugan la bilirrubina con una o dos moléculas de glucuronato, lo cual aumenta su solubilidad. La bilirrubina conjugada es transferida luego a la bilis mediante el transportador canalicular de aniones órgánicos multiespecífico (cMOAT), también llamado MRP2. El proceso es electrogénico y requiere ATP. En el íleon, la bilirrubina es librada del glucuronato por bacterias de la flora intestinal y reducida a urobilinógeno (incoloro), la mitad del cual se absorbe en el intestino. Parte del urobilinógeno absorbido es recaptado por el hígado y excretado en la bilis. El resto se elimina por orina, donde se oxida a urobilina, pigmento que le da a la orina su color amarillo.El urobilinógeno que permanece en el intestino es oxidado a estercobilina, que es el principal pigmento fecal. Ictericia Cerca de 80 % de la bilirrubina generada en el organismo proviene de la eritrocateresis. El resto viene 1) del metabolismo de hemoproteínas (principalmente hepáticas) como citocromo P450; 2) la destrucción en la médula ósea de eritroblastos (eritropoyesis ineficaz) y 3) la producción en el intestino a partir del hemo presente en la dieta. La concentración plasmática La sangre Dr. Fernando D. Saraví 7 de bilirrubina total no debe superar 1 mg/dL, y la de bilirrubina conjugada es de 0.4 mg/dL o menor. El exceso de producción o el déficit en la eliminación de la bilirrubina aumenta su concentración plasmática, que cuando supera 2 ó 3 mg/dL causa una coloración amarilla de la piel, las mucosas y la conjuntiva (lugar donde se observa mejor) llamada ictericia. En la ictericia por exceso de degradación del hemo (Por ej., hemólisis), predomina en plasma la bilirrubina no conjugada (“indirecta”). El recién nacido con frecuencia desarrolla una ictericia benigna, leve y transitoria de este tipo, porque por una parte tiene un mayor catabolismo del hemo y por otra su sistema de conjugación hepático es inmaduro (el feto transfiere la bilirrubina por la placenta hacia la sangre materna). Por otra parte, la bilirrubina no conjugada aumenta mucho cuando el neonato sufre hemólisis importante (eritroblastosis fetal) o tiene un defecto congénito en la conjugación (déficit de UGT). Por la falta de madurez de la barrera hematoencefálica y la liposolubilidad de la bilirrubina no conjugada, ésta se acumula en el cerebro y puede causar una encefalopatía irreversible llamada kernicterus. La ictericia causada por lesión del hepatocito u obstrucción de la vía biliar se debe a aumento plasmático de la bilirrubina conjugada (“directa”). Como la bilirrubina no llega al intestino, no se produce estercobilina y las heces se tornan claras (como arcilla). Además, la bilirrubina conjugada es más hidrosoluble y se elimina por la orina, dándole un color oscuro (como “té cargado” o Coca-Cola). Estos cambios de coloración de heces y orina se llaman, respectivamente, acolia y coluria. RECAMBIO DE HIERRO Biológicamente, el hierro es un oligoelemento indispensable. El humano adulto posee de 40 a 50 mg de hierro por kg de peso. Se distingue una fracción de hierro esencial que forma parte de proteínas fisiológicamente importantes, y otra fracción de depósito. Aproximadamente la mitad del total de hierro está en la hemoglobina. Cada mL de glóbulos rojos contiene 1.1 mg de hierro (0.5 mg/mL de sangre con un hematocrito de 45 %). De 300 a 400 mg se encuentra en otras hemoproteínas, como la mioglobina del músculo esquelético y los citocromos P450 del hígado. Entre 8 y 20 % del hierro total se encuentra en depósitos titulares (300 a 1000 mg). Se almacena normalmente como ferritina, que está compuesta por la apoferritina, una proteína de 450 kDa que forma un caparazón, en el interior del cual se encuentra el hierro como un La sangre Dr. Fernando D. Saraví 8 fosfato de óxido férrico hidratado. En condiciones anormales de exceso de hierro, el metal puede hallarse como hemosiderina (probablemente una forma degradada de ferritina). El hierro de la ferritina es fácilmente intercambiable, pero el de la hemosiderina no lo es. En el varón adulto se pierde aprox. 1 mg de hierro por día, por las secreciones digestivas (50 %), la descamación de células intestinales (30 %), la descamación de la piel y el sudor (10 %) y la eliminación urinaria (10 %). En la mujer en edad reproductiva el promedio diario de eliminación es de 1.7 mg debido al sangrado menstrual (20 mg/mes). Durante el embarazo se detiene la pérdida menstrual, pero la necesidad diaria de hierro aumenta. Cerca de 300 mg van al feto, 100 mg a la placenta y 150 mg se pierden por hemorragia durante el parto. Además la madre incrementa fisiológicamente su masa total de eritrocitos. Por todo esto, se requiere la incorporación de aprox. 800 mg extra por cada embarazo. En el niño la pérdida es menor que en el adulto, pero por el crecimiento la demanda diaria de hierro es de aprox. 1.5 mg/día. Debido a que la absorción intestinal de hierro es incompleta, el requerimiento diario en la dieta es de 10 a 20 mg (las cifras mayores son para niños y mujeres en edad reproductiva). Recambio diario de hierro El hierro circula en el plasma fundamentalmente unido a la transferrina, proteína que puede ligar uno o dos iones Fe3+. Sólo 35 % de la transferrina plasmática está unida a hierro (rango normal 20 a 50 %). Las células poseen receptores de membrana para transferrina (TfR-1) que permiten su endocitosis, con posterior liberación del Fe3+ en el citosol. Aunque en el plasma hay sólo 3 a 4 mg de hierro, esta fracción es funcionalmente importante pues es la que permite el intercambio entre lostejidos. El recambio diario corresponde a una masa aprox. 10 veces mayor (30 a 40 mg) que el total del plasma. En el adulto se destruyen diariamente 20 mL de eritrocitos que contienen 25 mg de hierro (Fig. 7). Ese hierro es reciclado por el sistema retículoendotelial (macrófagos) que fagocitan los eritrocitos viejos. La médula ósea debe recibir una cantidad similar (25 mg) para mantener constante la masa de glóbulos rojos. El recambio de hemoproteínas implica una transferencia de aprox. 5 mg de hierro por día. Absorción intestinal de hierro Una dieta mixta estándar proporciona aprox. 6 mg de hierro por cada 1000 kCal, por lo cual el varón ingiere en promedio 16 mg/día y la mujer La sangre Dr. Fernando D. Saraví 9 12 mg/día. El hierro alimentario se divide en hemo y no-hemo. El hierro unido al hemo proviene de alimentos de origen animal. Los vegetales, en particular verduras y granos, contienen hierro no-hemo. Aunque el hierro hemo es sólo 6 % del total ingerido, representa un tercio del hierro incorporado, porque se absorbe con facilidad. Ciertos compuestos presentes en los vegetales – en especial fosfatos y fitatos – forman compuestos poco solubles con el hierro y disminuyen su absorción. La absorción de hierro no hemo es mayor cuando el Fe3+ dietario se reduce a Fe2+, paso promovido por el HCl gástrico y el ácido ascórbico. El Fe3+ forma más fácilmente complejos con aniones orgánicos que el Fe2+, y es insoluble a pH > 3 (el Fe2+ es soluble hasta pH 8). El hierro se absorbe en el duodeno (los números refieren a la Fig. 8). 1. El hemo es incorporado por un transportador llamado HCP-1 (Heme Carrier Protein-1). En el enterocito duodenal, el hemo es atacado por la hemo oxigenasa, con formación de biliverdina y liberación de Fe3+, que luego es reducido. El hierro no hemo se absorbe por dos mecanismos. A) Los enterocitos del duodeno secretan una forma soluble de transferrina se liga al Fe3+ en la luz intestinal. El complejo Fe2+- transferrina es ligado por receptores para transferrina (TfR-1) de los enterocitos y endocitado (2). Los endosomas se acidifican, el Fe2+ se disocia, y el complejo transferrina-TfR-1 puede reciclarse hacia la luz. B) El Fe2+ puede también absorberse por cotransporte con H+ por un transportador de metales divalentes (DMT- 1). Para ello, el Fe3+ luminal debe ser reducido a Fe2+ por una reductasa férrica del borde en cepillo (3) llamada DcytB (citocromo B duodenal). En el citosol, parte del Fe2+ absorbido forma ferritina como depósito (4), y se pierde cuando la célula epitelial se descama. El resto se liga a la proteína movilferrina que lo traslada a la membrana basolateral (5). De allí es transferido al intersticio por el transportador ferroportina (IREG-1). La ferroportina es el único transportador conocido que media la salida de Fe2+ (no Fe3+) de las células intestinales, hepáticas y del sistema retículoendotelial (6). En la membrana basolateral hay una ferrooxidasa llamada hefaestina que transforma Fe2+ en Fe3+ (7) el cual entonces se une a la transferrina plasmática (8). Regulación de la absorción de hierro Es fundamental tener en cuenta que no existe un mecanismo fisiológico para regular la eliminación de hierro incorporado al organismo. La sangre Dr. Fernando D. Saraví 10 Por tanto, la homeostasis del hierro requiere mecanismos eficaces que regulen la absorción intestinal del metal. Hace mucho se sabe que la fracción de hierro absorbida es mayor en personas con carencia de hierro (hasta 20 % del total ingerido) que en personas sin tal carencia (10 % o menos). Existe evidencia de que la absorción intestinal de hierro está sujeto a un doble control, provisto (a) por mecanismos intrínsecos de la mucosa intestinal y (b) por una hormona hepática denominada hepcidina, que, además de la absorción intestinal, también regula la incorporación de hierro a diversas células del organismo, como los propios hepatocitos, los macrófagos y los eritroblastos. Regulación local. La regulación se efectúa mediante la cantidad de Fe2+ plasmático que incorporan las células de las criptas duodenales, donde se originan las células que reemplazan a aquéllas que se descaman continuamente en las vellosidades. Si el hierro plasmático es alto, las células de la cripta se cargan de ferritina. Esto hace que las proteínas relacionadas con el transporte transepitelial de hierro DcytB, DMT-1, hefaestina y ferroportina se regulen en menos y que el transportador de hemo HCP-1 no se inserte en el borde en cepillo, sino que permanezca en vesículas intracelulares. Además de reducir la transferencia de hierro hacia la circulación sistémica, estas células ricas en ferritina aumentan la pérdida por descamación. Lo opuesto ocurre cuando el hierro plasmático es alto. Este mecanismo requiere la integridad funcional de la proteína ligada a la membrana HFE (de High FErrum) que cuando está mutada causa hemocromatosis, enfermedad por exceso de hierro. En el enterocito existen proteínas regulatorias del hierro (Iron Regulatory Proteins) llamadas IRP1 e IRP2. Ambas actúan como sensores intracelulares de la concentración de hierro. Cuando la concentración de hierro es baja, las IRP se unen a secuencias específicas del mARN de diversos productos génicos, llamados elementos responsivos al hierro (Iron Responsive Elements) o IRE. El sistema IRP/IRE regula la traslación del mARN de proteínas claves, como TfR1, DMT1, ferroportina y el factor inducible por hipoxia 2 alfa (HIF-2α). Las IRP aumentan la traslación de DMT1 y HIF-2α, pero reducen la traslación de ferroportina. A su vez, HIF-2α aumenta la expresión de DcytB y DMT1. El resultado neto es aumentar la absorción de hierro. Por el contrario, cuando la concentración intracelular de hierro es elevada, las IRP no se unen a los IRE y disminuye la absorción de hierro. Regulación hormonal: Hepcidina. El hígado produce un péptido de 20 a 25 aminoácidos llamado hepcidina, cuya principal función se creyó originalmente antibacteriana. Actualmente la hepcidina se considera una hormona hepática con un papel central en la regulación de la homeostasis del hierro. La hepcidina se une a la ferroportina de los macrófagos, los enterocitos duodenales y el propio hígado, causando endocitosis del transportador, seguida de su degradación. Esto reduce el ingreso de hierro a la circulación. En La sangre Dr. Fernando D. Saraví 11 los enterocitos, adicionalmente la hepcidina reduce la absorción de hierro mediada por DcytB y DMT-1. En ratones, la ausencia de hepcidina causa hemocromatosis. La regulación de la secreción de hepcidina es objeto de activa investigación. Se sabe que es regulada por la concentración plasmática de hierro, pero otros factores, como la actividad eritropoyética, la hipoxia y señales inflamatorias (Fig. 9). Como las demás células del organismo, los hepatocitos poseen en su membrana TfR1. Adicionalmente, poseen un segundo tipo de receptor de transferrina, llamado TfR2, que se expresa muy poco en otros tejidos. El TfR-2, solamente liga transferrina unida a dos iones Fe3+, por lo cual la tasa de unión es mayor cuanto mayor sea la saturación de la transferrina. El TfR- 2 se asocia a HFE y el complejo resultante media una señal estimulante de la secreción de hepcidina. Cuando se absorbe hierro en el duodeno, la sangre venosa portal tiene mayor concentración de transferrina diférrica, lo cual estimula la secreción de hepcidina. Otro mecanismo sensor del hierro plasmático está constituido por proteínas morfogenéticas óseas (BMP), que pertenecen a la familia del factor de crecimiento transformante (TGF). La BMP6 actúa como un sensor del hierro acoplado a otras BMP de la membrana y a la hemojuvelina. Esta última es una proteína unida a glicofosfatidilinositol presente en la membrana (aunque también se secreta). La sobrecarga de hierro activa el complejode señalización BMP6-hemojuvelina y estimula la expresión y secreción de hepcidina. La hemojuvelina se ha identificado como un regulador importante del recambio de hierro. Las mutaciones del gen de la hemojuvelina son la principal causa de hemocromatosis juvenil (en menor medida lo son las mutaciones del gen de la propia hepcidina). La hipoxia inhibe la secreción de hepcidina y el efecto es mediado por el HIF- 2α, ya mencionado a propósito de la regulación intrínseca duodenal. La eritropoyesis activa es otro inhibidor de la secreción de hepcidina. El efecto parece mediado por señales extracelulares secretadas por los eritroblastos (GDF-15 y TWSG1), que interfieren con la vía de señalización BMP6- hemojuvelina. Esta vía intracelular también es inhibida por la testosterona. Finalmente, los estados inflamatorios crónicos estimulan la secreción de hepcidina. Este efecto es, al menos en parte, responsable por la anemia que acompaña a diversas enfermedades crónicas. Los mediadores principales de la estimulación de la secreción de hepcidina en este caso son las interleukinas 6 y 1. Anemia ferropénica Según datos de la Organización Mundial de la Salud, aproximadamente dos tercios de la población mundial padece deficiencia de hierro. En cerca de mil millones de personas, la deficiencia es suficiente para causar anemia. La carencia de hierro es, pues, una causa muy común de anemia, en particular en mujeres en edad reproductiva y en niños y ancianos desnutridos. Típicamente es una anemia hipocrómica (los eritrocitos se ven pálidos por menor contenido de hemoglobina) y microcítica (MCV < 80 fL). El metabolismo del hierro puede evaluarse mediante pruebas de laboratorio (Tabla 4). La anemia es una manifestación tardía de falta de hierro, pues la eritropoyesis se mantiene normal hasta que se agotan los depósitos. Por esta razón, el paciente con anemia ferropénica debe recibir suficiente hierro para normalizar su concentración de hemoglobina y además reponer el hierro de depósito. Tabla 1-4: Valoración del metabolismo del hierro. Variable Valor normal Ferropenia Absorción de Fe (%) 5 a 10 Aumenta Ferremia (μg/dL) 115 ± 50 Disminuye Transferrina (μg/dL) 330 ± 30 Aumenta Saturación de transferrina (%) 35 ± 15 Disminuye Ferritina plasmática (μg/dL) 100 ± 60 Disminuye Eritrocitos (afectación tardía) Normocíticos Normocromía Microcíticos Hipocromía Hemopoyesis Dr. Fernando D. Saraví La hemopoyesis es el proceso mediante el cual se producen las células de la sangre. En el adulto normal, todas las células sanguíneas provienen de la médula ósea del esqueleto axial (cráneo, vértebras, costillas, cinturas escapular y pelviana) y en las porciones proximales de las diáfisis de los fémures y húmeros.1 La hemopoyesis es un proceso que continuamente reemplaza las células sanguíneas que han cumplido su ciclo vital. En condiciones normales, diversas asas de realimentación negativa mantienen eficientemente la formación de cada tipo de célula en equilibrio con el número que se destruye en la periferia. Además, la médula ósea tiene la capacidad de aumentar selectivamente la producción de un tipo de célula en caso de aumento de la demanda. Por ejemplo, la producción de eritrocitos aumenta en caso de hemorragia o hipoxia ambiental, la producción de leucocitos frente a una infección, y la producción de plaquetas en caso de hemorragia o inflamación. La proporción de precursores de eritrocitos y leucocitos en la médula ósea (Tabla 1) guarda una relación inversa con la sobrevida media de cada progenie. La vida promedio de un eritrocito es de 120 días, mientras que los neutrófilos perduran por sólo 6 a 8 horas (casi 500 veces menos). Por esta razón, aunque la concentración de eritrocitos en la sangre es 1000 veces mayor que la de neutrófilos, en la médula la serie granulocítica es normalmente más abundante que la serie eritroide. Las plaquetas o trombocitos se forman a partir de grandes células multinucleadas llamadas megacariocitos. Las plaquetas tienen una vida en circulación de 7 a 10 días, intermedia entre la de los eritrocitos y la de los neutrófilos. No obstante, la proporción de megacariocitos es muy baja, lo cual se debe a que cada megacariocito genera varios miles de trombocitos. La población celular de la médula ósea es mantenida gracias a unos pocos miles de células troncales pluripotentes (CTP) que originan los diversos linajes (Fig. 1). Además de originar las células de la sangre, las CTP constituyen una población que se automantiene. Esto significa que al menos algunas de sus divisiones (mitosis) son asimétricas: Al dividirse, la CTP origina una célula hija que conserva la pluripotencialidad de la madre, y otra célula hija que está comprometida para la multiplicación de una o más progenies sanguíneas. En ratones cuyas células troncales han sido eliminadas por radiación ionizante, puede bastar una sola CTP para regenerar todas las líneas de células sanguíneas. Las CTP se asemejan a linfocitos pequeños y carecen de una morfología que las distinga. Pueden identificarse por la ausencia de antígenos marcadores de estirpe y la presencia del antígeno Sca1 y c-Kit (CD 117) en alta concentración, por lo cual se las llama células LSK (Lineage -, Scal1+, KitHigh). Las células madres comprometidas no pueden originar todas las poblaciones sino una o más de éstas. Estas células expresan, entre otros, el CD34 (que antes se creía propio de las CTP). Las menos diferenciadas de estas células comprometidas son unas que dan origen a los linfocitos (células madres linfoides) y otras que originan las líneas celulares precursoras de los eritrocitos, trombocitos, monocitos y polimorfonucleares, llamadas células madres mixtas o GEMM (de Granulocito, Eritrocito, Monocito y Megacariocito); Fig. 1. 1 En el embrión, las células sanguíneas surgen en el mesénquima aorto-gonadal-mesonéfrico y en el saco vitelino. Luego la hemopoyesis fetal se traslada al hígado y bazo, hasta el segundo trimestre del embarazo, cuando la médula ósea deviene el principal órgano hemopoyético. En el adulto, el hígado y el bazo conservan capacidad de albergar células hemopoyéticas en casos de mayor demanda (Ej., anemias hemolíticas) o de ocupación de la médula ósea por fibrosis o células neoplásicas. Tabla 1: Proporción de células nuclea- das en la médula ósea (valores redon- deados). Línea celular Porcentaje Serie eritroide 26 % Megacariocitos < 1 % Serie granulocítica 56 % Células linforreticulares 18 % Posgrado-00 Sello Hemopoyesis Dr. Fernando D. Saraví 2 MICROAMBIENTE HEMOPOYÉTICO Algunas CTP abandonan la médula ósea regularmente por breves períodos, de modo que unos pocos cientos de ella pueden hallarse en sangre circulante. No obstante, la hemopoyesis tiene lugar entre las trabéculas de la médula ósea, que proporcionan un microambiente adecuado para la proliferación controlada de las CTP. Dicho microambiente permite interacciones específicas entre las CTP y otras clases de células, y también un medio enriquecido en factores solubles, endocrinos, paracrinos y autocrinos, necesarios para la hemopoyesis. Normalmente, 75 % de las CTP se encuentran fuera del ciclo celular, en fase G0. La mayor parte del resto (20 %) se encuentra en G1 en un momento dado (Fig. 2). Solamente 5 % de las CTP están en mitosis (M) , síntesis de ADN (S) o fase G2. No obstante, las CTP que están ciclando no son siempre las mismas. Cada día, 8 % de las CTP ingresan al ciclo y otro tanto sale de él. Al cabo de 2 meses, 99 % de las CTP han ingresado al ciclo y se han reproducido al menos una vez. Dentro del microambiente medular, se reconocen dos entornos o nichos que regulan la actividad de las CTP, a saber: un nicho osteoblástico y un nicho perivascular. En cada nicho, el número y la función de las CTP son precisamente regulados medianteinteracciones físicas con otras células, y señales químicas estimulantes e inhibitorias (Fig. 3). En el nicho osteoblástico, las CTP tienden a permanecer Fig. 1: Origen de las células sanguíneas a partir de células troncales pluripotentes (CTP). Ver el texto. Fig. 2: Proporciones de células troncales pluripoten- ciales (CTP) en diferentes partes del ciclo celular. Hemopoyesis Dr. Fernando D. Saraví 3 en un estado de quiescencia, caracterizado por escaso metabolismo (predominantemente anaeróbico), inmovilidad y falta de actividad mitotica. El nicho osteoblástico comprende regiones del endostio, donde las CTP se fijan a los osteoblastos fusiformes que recubren las trabéculas mediante diversas moléculas presentes en la membrana del osteoblasto y de las CTP. Las CTP tienen afinidad por estas superficies 1) porque poseen en su membrana un receptor de Ca2+, y en las trabéculas en remodelación la concentración de Ca2+ puede alcanzar un valor diez veces superior al del líquido extracelular o el plasma, y 2) porque la quimokina CXCL 12, también conocida como factor derivado de células del estroma 1 (SDF-1), interactúa con un receptor de las CTP llamado CXCR4. Una vez situadas en la proximidad del endostio, las CTP establecen uniones con los osteoblastos mediadas por moléculas de adhesión como integrinas y n- cadherinas, por el receptor tirosina-kinasa Tie-2 que se liga a la angiopoyetina 1 de la membrana osteoblástica, y por otras uniones menos caracterizadas. Otros factores, como la osteopontina y la proteína morfogenética ósea 4 (BMP-4) contribuyen a mantener quiescentes las CTP. Por el contrario, las CTP alojadas en el nicho perivascular, próximo a los capilares sinusoides, muestran mayor actividad mitótica, de diferenciación y de movilización. Tal actividad está controlada por un complejo conjunto de moléculas de adhesión y de factores tróficos producidos por macrófagos, fibroblastos, células endoteliales y adipocitos, o presentes en la matriz extracelular. Además, las CTP próximas a los sinusoides pueden responder a estímulos hemopoyéticos procedentes de la circulación. Se desconocen los mecanismos que controlan el paso de las CTP de un nicho al otro. REGULACIÓN HUMORAL La hemopoyesis es regulada por un gran número de mediadores químicos llamados citokinas, cuya importancia relativa varía según la progenie considerada. Los factores de crecimiento hemopoyéticos Tabla 2: Características generales de las citokinas Glicoproteínas de masa molecular variable (6 a 70 kDa) Fundamentales en los procesos de comunicación celular. Pueden actuar sobre células madres, progenitoras, y diferenciadas. Activas en concentraciones muy bajas. Pueden estimular o inhibir la supervivencia, división, diferenciación y el estado funcional de sus células blancos. Cada citokina tiene muchas acciones diversas (pleotropas). Diversas citokinas pueden tener efecto sinérgico o antagónico sobre una célula determinada. Suelen producirse por células activadas por una señal inductora Su acción es transitoria y regulada. Se ligan a receptores de membrana acoplados a sistemas de segundo mensajero (por ejemplo, tirosina kinasas). Modifican la transcripción génica de sus células blancos. Con frecuencia poseen efectos sobre las células transformadas (cancerosas) derivadas de la estirpe normal. Fig. 3: El microambiente en el que se hallan las células troncales pluripotenciales (CTP) determina en gran medida su actividad proliferativa. Ver el texto. Hemopoyesis Dr. Fernando D. Saraví 4 son en general glicoproteínas de origen sistémico o producidas localmente, que controlan la autorenovación, la proliferación y la diferenciación de las células progenitoras en condiciones basales y frente a estímulos específicos para eritrocitos, leucocitos o plaquetas. Las propiedades de las citokinas se resumen en la Tabla 2. En la Tabla 3 se describen el origen y las acciones de las principales citokinas. Por ejemplo, el factor de células troncales (SCF, Stem Cell Factor), conocido también como factor de Steel y ligando Kit, es un factor de crecimiento para las CTP, al igual que el ligando de Flt-3, el llamado factor estimulante de colonias de granulocitos y macrófagos (GM-CSF), y las interleukinas 3 y 6. Estos factores tienen efectos sinérgicos entre sí, y además de actuar sobre las CTP también estimulan las células progenitoras comprometidas. Su presencia es necesaria durante toda la hemopoyesis. Otros mediadores químicos actúan conjuntamente con los citados para promover la diferenciación hacia determinada progenie. Tal es el caso de la eritropoyetina y la trombopoyetina. Asimismo, algunas citokinas son capaces de inhibir la hemopoyesis. Entre ellos está el MIP-1 α, que bloquea el ingreso de las CTP al ciclo celular, los interferones y el factor de necrosis tumoral (TNF α). El factor transformante del crecimiento (TGF- β), por su parte, inhibe a las células madres precoces al tiempo que estimula las progenitoras comprometidas. MANTENIMIENTO DE LAS CÉLULAS TRONCALES PLURIPOTENCIALES La capacidad de mantener una población estable de CTP depende de la expresión de factores de transcripción y de reguladores del ciclo celular. Entre los principales factores de transcripción involucrados se encuentran HoxB4, la vía Wnt, y SCL. Los reguladores del ciclo celular que participan en la autorrenovación de las CTP incluyen Notch-1, Bmi-1, p21, p27 y enzimas que actúan sobre los cromosomas. HoxB4 pertenece a la familia de genes homeobox, que consta de casi 40 miembros. Los genes homeobox tienen un papel fundamental durante la embriogénesis para el establecimiento del patrón corporal y la organogénesis. Tanto en el feto como en el adulto, la expresión de HoxB4 es intensa en las CTP, y se considera necesaria para la conservación de la población de estas células, al menos en parte por su capacidad de activar la transcripción del protooncogén c-myc. A su vez c-myc actúa sobre el ciclo celular, acortando G1 y facilitando la transición de G1 a S (c-myc activa y reprime numerosos genes). La sobreexpresión de Hox4B aumenta el número de CTP, aunque no altera la capacidad de los progenitores comprometidos de proliferar y diferenciarse en las diversas progenies. La familia de genes Wnt codifica una serie de glicoproteínas que actúan sobre receptores de membrana llamados Frizzled y otros. La unión del ligando al receptor causa una disminución en la degradación de la proteína β-catenina, que además de formar parte del citoesqueleto cumple funciones de segundo mensajero intracelular. Al no ser degradada en el citosol, la β-catenina ingresa al núcleo, donde se une a factores de células T (TCF), y activa la transcripción de varios genes, entre ellos c- myc, ciclina D1, metaloproteinasa 7 y factor 2 de transcripción de inmunoglobulinas (ITF-2). Además, aumenta la expresión de genes que participan en regular la renovación de las CTP, como el ya mencionado HoxB4 y Notch-1 (que se trata más abajo). La vía Wnt tiene un importante papel en la inducir la multiplicación de las CTP y los progenitores comprometidos en el desarrollo fetal y en la vida extrauterina. La proteína de la leucemia de células troncales (SCL) es un factor de transcripción de la familia de hélice-asa-hélice básica. Los factores de esta familia se dimerizan y se ligan al surco mayor del ADN. La SCL muestra una expresión inversamente proporcional al grado de diferenciación de las células hemopoyéticas, aunque puede continuar elevada en células más diferenciadas de las líneas eritroide, megacariocítica y basófila. La deleción del gen SCL causa muerte por ausencia completa de precursores hemopoyéticos durante el desarrollo embrionario, aunque su expresión no es imprescindible en el adulto. Hemopoyesis Dr. Fernando D. Saraví 5 Tabla 3: Factores de crecimiento hemopoyéticos (la lista no es exhaustiva). Citokina CromosomaProducida por Células blanco Efectos Ligando Kit (SCF, factor Steel) 12q22-24 Estroma, fibro- blastos, hepatocitos CTP, células madre GEMM y linfoide Factor estimulante de CTP y células madre primitivas Flt-3 ¿? Fibroblastos del estroma CTP, células madre GEMM y linfoide Factor estimulante de CTP y células madre primitivas LIF 22q14 Estroma CTP, células madre GEMM y linfoide Factor de crecimiento estimulante de CTP y células madre primitivas GM-CSF 5q31-32 Estroma Mastocitos Linfocitos T Células madre GEMM y su progenie Estimula la granulopoyesis, monocitopoyesis y eritropoyesis G-CSF 17q21-22 Estroma monocitos Progenitores de granulocitos Estimula la producción de granulocitos M-CSF 5q33.1 Estroma monocitos Precursores de monocitos Estimula la producción y función monocítica Eritropoyetina 7q22 Riñón, hígado Progenitores eritroides Factor de crecimiento para producción de eritrocitos Trombopoyetina 3q26-27 Hígado, riñón CTP, megacario- citos, BFUE Factor de crecimiento para producción de plaquetas Interleukina 1 αβ 2q12-21 Monocitos Otras células Hemopoyéticas e inmunes Estimula proliferación de linfocitos NK; inflamación Interleukina 2 4q26-27 Linfocitos T Linfocitos T y B Factor de crecimiento para linfocitos T Interleukina 3 (Multi-CSF) 5q23-31 Linfocitos T Precursores hemopoyéticos Factor de crecimiento hemopoyético Interleukina 4 5q31 Linfocitos T Mastocitos Linfocitos T y B Precursores hemopoyéticos Factor de crecimiento hemopoyético e inmune Interleukina 5 5q23-31 Linfocitos T Mastocitos Eosinófilos Factor de crecimiento y diferen- ciación de eosinófilos Interleukina 7 8q12-13 Estroma Linfocitos T y B inmaduros Factor de crecimiento para linfocitos T y B Interleukina 9 5q31.1 Linfocitos Th2 Mastocitos, precurso- res eritroides Estimula hemopoyesis y desarro- llo de linfocitos T Interleukina 10 1q31-32 Linfocitos T y B, macrófagos, keratinocitos Linfocitos T y B, Monocitos, Mastocitos Proliferación de mastocitos y linfocitos B, producción de anticuerpos. Suprime liberación de citokinas por monocitos y Th Interleukina 11 19q13.3- 13.4 Fibroblastos Estroma Megacariocitos, precursores hemopo- yéticos, linfocitos B Estimula hemopoyesis y trombopoyesis. Aumenta secreción de inmunoblobulinas Interleukina 15 4q31 Monocitos Granulocitos Fibroblastos Linfocitos T Estimula crecimiento y diferen- ciación de linfocitos T Interleukina 17 5,6,12-14, 16 Linfocitos T CD4 + Estroma monocitos Estimula granulopoyesis por aumento de secreción de G-CSF Interleukina 21 4q26-27 Diversos tipos Precursores hemo- y linfopoyéticos Aumenta hemopoyesis y producción de linfocitos Interleukina 22 12q15 Linfocitos T activados Linfocitos T y B, Monocitos, Similar a interleukina 10 pero no suprime liberación de citokinas MIP-1 α 17q11-21 Linfocitos T y B, neutrófilos, macrófagos Células progenitoras, linfocitos B, macrófagos Factor inhibidor de la hemopoyesis Hemopoyesis Dr. Fernando D. Saraví 6 Notch (muesca) es una familia de receptores glicoproteicos con un solo dominio transmembrana.2 La unión del ligando induce la proteólisis de la porción intracelular del receptor, que migra hacia el núcleo celular, donde actúa como activador de la transcripción. Tanto Notch-1 como Notch-2 se expresan en células hemopoyéticas. Notch-1 es el más estudiado y, al igual que HoxB4, activa el promotor de c-myc. Notch-1 facilita la multiplicación de CTP e inhibe la apoptosis. Además parece participar en los procesos de decisión para la diferenciación de los progenitores, en general inhibiendo la diferenciación. No obstante, también participa en la diferenciación de los linfocitos T. El gen se encuentra mutado y anormalmente activado en más de la mitad de casos de leucemia linfoblástica aguda de células T. Bmi-1 es una proteína que pertenece a la familia de genes llamada grupo Polycomb. Como otros miembros del grupo, reprime la transcripción génica mediante la formación de complejos que causan modificaciones epigenéticas, como metilación y desacetilación de las histonas asociadas al ADN. Bmi-1 es intensamente expresado en las CTP, y dicha expresión disminuye con la diferenciación. Su principal función en la hemopoyesis parece ser la de permitir la autorrenovación de CTP del adulto. Las proteínas p21 y p27 son miembros de la familia Cip/Kip de inhibidores de las kinasas dependientes de ciclinas (CKI). Las kinasas dependientes de ciclina permiten la progresión del ciclo celular. El ingreso al ciclo celular de las CTP es limitado por p21, en cuya ausencia el conjunto de CTP crece, presenta más actividad mitótica mitosis y mayor tendencia al agotamiento. En cambio, p27 tiende a incrementar el número de progenitores comprometidos pero no el número de CTP. La telomerasa es un complejo de ribonucleoproteínas que evita el acortamiento progresivo de los telómeros con las sucesivas divisiones celulares. La telomerasa es activa durante la vida intrauterina, pero es cuidadosamente reprimida en la mayoría de las líneas celulares luego del nacimiento. No obstante, en las CTP la actividad de telomerasa persiste en cierto grado, y al parecer es indispensable para la autorrenovación de la población de CTP. 2 El gen Notch se identificó en 1985 como responsable de una mutación descripta en 1917 por T.H. Morgan en la mosca Drosophila melanogaster, que causaba la aparición de muescas en sus alas. Posteriormente se identificaron 4 genes homólogos en mamíferos, numerados de 1 a 4. Fig. 4: Algunos genes cuya expresión participa en determinar los linajes hemopoyéticos. Hemopoyesis Dr. Fernando D. Saraví 7 REDES DE GENES PARTICIPANTES EN LA HEMOPOYESIS Clásicamente se ha considerado la hemopoyesis como un modelo jerárquico en el cual las divisiones sucesivas implican una serie de ramificaciones que sucesivamente restringen el potencial de las células de originar líneas diferentes, al tiempo que promueven su diferenciación por caminos unidireccionales relativamente inmutables. El consenso actual es que el proceso en su conjunto es más flexible y plástico, ya que además de su regulación por citokinas involucra la actividad de conjuntos de efectores intracelulares, como factores de transcripción y reguladores del ciclo celular. De todos modos, pueden esbozarse líneas principales de diferenciación que dependen críticamente de la expresión secuencial y concertada de determinados genes (Fig. 4). ERITROPOYESIS La eritropoyesis es el proceso de producción de eritrocitos. Las células madres comprometidas GEMM (definidas más arriba) originan unidades de precursores morfológicamente indiferenciados que son capaces de formar rápidamente – “explosivamente” – colonias eritroides (BFUE , Burst Forming Units, Erythroid). Las BFUE dan lugar a unidades formadoras de colonias eritroides (CFUE) con menor potencial proliferativo, cuya progenie se diferencia progresivamente. La primera célula de esta progenie reconocible morfológicamente es el proeritroblasto (Fig. 5). Para la producción de eritrocitos es indispensable el aporte de Fe2+, folato y vitamina B12. Los proeritroblastos se dividen mitóticamente 4 a 6 veces, originando 16 a 64 eritrocitos cada uno. En los proeritroblastos comienza la síntesis de hemoglobina. Estas células se diferencian primero en eritroblastos basófilos y luego en eritroblastos policromatófilos, progresivamente de tamaño menor y con mayor concentración de hemoglobina. A continuación el núcleo se vuelve picnótico y es expulsado, al igual que las mitocondrias y otras organelas. La célula resultante es el reticulocito, que conserva restos de ARN ribosomal y todavía sintetiza hemoglobina. El tiempo necesario desde la etapa de proeritroblasto hasta la de reticulocito es de 7 días. Los reticulocitos permanecen 1 ó 2 días enla médula ósea. Luego alcanzan la circulación y al cabo de 1 ó 2 días más pierden el retículo, con lo que se transforman en eritrocitos maduros. Los eritrocitos maduros obtienen energía mediante glicólisis anae-robia, y carecen de capacidad para sintetizar proteínas. El conjunto de la progenie roja se denomina eritrón. El eritrón comprende una fracción inmóvil, situada en la médula ósea, que incluye los proeritroblastos, Fig. 5: Diferenciación de la serie eritroide. Fig. 6: Regulación de la eritropoyesis por la eritropoyetina. Hemopoyesis Dr. Fernando D. Saraví 8 eritroblastos y reticulocitos tempranos, y una fracción circulante, constituida principalmente por eritrocitos y un pequeño porcentaje de reticulocitos. La insuficiente formación o la excesiva pérdida de eritrocitos ocasiona anemia, que puede considerarse una hipoplasia del eritrón. En individuos adaptados a la altura y en diversas condiciones patológicas (por ejemplo, enfermedad pulmonar obstructiva crónica) hay hiperplasia del eritrón, que se denomina policitemia. Sin embargo, en condiciones normales, la masa del eritrón permanece relativamente constante, aunque es mayor en el varón que en la mujer (principalmente por el efecto anabólico de la testosterona). La vida media de los eritrocitos es de 120 días. La producción normal diaria es de aproximadamente 2 . 1011 eritrocitos (20 mL), los cuales reemplazan a un número igual de eritrocitos envejecidos que son sacados de la circulación por el sistema retículoendotelial (véase Eritrocateresis). La producción de eritrocitos está regulada por un asa de realimentación negativa (Fig. 6) que involucra la hormona eritropoyetina, la cual es sintetizada y liberada principalmente por células peritubulares de la corteza renal, semejantes a fibroblastos.3 La producción de eritropoyetina en el riñón está regulada por el aporte de oxígeno a dicho órgano (mayormente transportado por los eritrocitos). Cualquier condición que reduzca dicho aporte, como disminución en la concentración de eritrocitos, baja presión de oxígeno arterial, o reducción del flujo sanguíneo renal, aumenta exponencialmente la producción de eritropoyetina. La concentración plasmática normal de eritropoyetina es de 15 U/L, pero bajo estimulación puede alcanzar valores 700 veces mayores. La eritropoyetina es una proteína de 165 aminoácidos intensamente glicosilada, particularmente por residuos de ácido siálico que le proporcionan una carga neta negativa. Su masa es de aproximadamente 30 kDa, de los cuales 40 % corresponde a las porciones glúcidas. La glicosilación aumenta notablemente la estabilidad de la eritropoyetina en la circulación, aunque reduce su afinidad por el receptor de membrana sobre el cual actúa. estimula todas las células nucleadas de la serie eritroide, a partir de la BFUE, pero en especial las CFUE (Fig. 6), que son las que poseen mayor densidad de receptores de eritropoyetina. El receptor para eritropoyetina pertenece a la superfamilia de receptores para citokinas, a la cual también pertenecen los receptores para G-CSF, GM-CSF, trombopoyetina, algunas interleukinas, la somatotropina y la prolactina. En ausencia de eritropoyetina, el receptor es un monómero inactivo. La eritropoyetina se liga a dos receptores, causando su dimerización (Fig. 7). El dímero recluta una kinasa de tirosina citosólica, JAK2, que fosforila al propio receptor. El receptor fosforilado y la JAK2 asociada a él activan tres vías vinculadas con factores de transcripción: STAT5, kinasa de fosfatidilinositol-3-kinasa (PI3K), y proteína kinasa activada por mitógenos (MAPK). El principal efecto de la eritropoyetina es prevenir la apoptosis (principal forma de muerte celular programada) en los precursores eritroides, y permitir así su proliferación. La finalización de la acción de la eritropoyetina se debe a una fosfatasa de células hemopoyéticas (SHP1) que defosforila al receptor y a la JAK2, con lo cual se interrumpen las vías de señalización intracelular. El receptor unido a eritropoyetina puede también ser internalizado y degradado. Además de eritropoyetina, la eritropoyesis normal requiere la presencia de citokinas y hormonas que actúan de manera sinérgica con ella. Entre las principales citokinas deben mencionarse SCF (ligando de c-Kit, factor Steel), el GM-CSF 3 La eritropoyetina también se produce en el hígado y probablemente en la misma médula ósea, pero tal producción es insuficiente para sostener la eritropoyesis normal. Fig. 7: Efectores intracelulares de la eritropoyetina. Hemopoyesis Dr. Fernando D. Saraví 9 y la interleukina 3 (por el contrario, la interleukina 2 tiene un efecto inhibidor). Entre las hormonas que favorecen directamente la eritropoyesis están la insulina, el factor símil insulina 1 (IGF-1) y los andrógenos (testosterona). Es necesaria además la presencia de concentraciones normales de hormonas tiroideas. El cortisol y otros glucocorticoides estimulan indirectamente la eritropoyesis porque incrementan la secreción de eritropoyetina. TROMBOCITOPOYESIS La trombocitopoyesis es el proceso de producción de plaquetas, y presenta tanto similitudes como diferencias con la eritropoyesis. La concentración normal de plaquetas en sangre es más variable que para otras células sanguíneas, ya que oscila entre 150 000 y 450 000/mm3 (mediana 300 000/mm3). Las plaquetas permanecen en circulación aproximadamente 10 días, lo que significa que la médula ósea debe producir 1,5 . 1011 trombocitos por día, cantidad que equivale a 10 % de las plaquetas circulantes. Las células GEMM origina colonias de precursores comprometidos que, al igual que para los eritrocitos, se inicia con un alto potencial proliferativo de tipo “explosivo” (BFUMk) que luego decrece a medida que progresa la diferenciación. Los progenitores más inmaduros sólo pueden distinguirse por marcadores de membrana. A diferencia de los proeritroblastos, los promegacariocitos (megacarioblastos) se diferencian por sucesivas replicaciones del ADN sin dividirse en células hijas, con lo cual el número de cromosomas presentes en el mismo núcleo se duplica en cada ciclo. Este fenómeno se llama endomitosis, y origina células con 2, 4, 8, 16, 32 y excepcionalmente 64 veces más ADN que una célula somática (llamadas 2N, 4 N, etc). Al mismo tiempo que aumenta el tamaño del núcleo, se incrementa la cantidad de citoplasma. Por su gran núcleo, estas células se conocen como megacariocitos. Los megacariocitos 8 N y mayores se diferencian, adquiriendo un gran número de gránulos azurófilos, y son los que originan las plaquetas. El proceso de maduración demora 5 días. Los megacariocitos pueden superar los 100 mm de diámetro; su volumen medio es de 7500 fL, unas 80 veces mayor que el de los eritrocitos. Cada megacariocito origina de 2 000 a 4 000 plaquetas, en proporción a su tamaño: los megacariocitos 32 N producen más plaquetas que los 16 N, y éstos más que los 8 N (Fig. 8). Los megacariocitos se disponen próximos a los capilares sinusoidales de la médula ósea, y emiten prolongaciones citoplásmicas que atraviesan el sinusoide. La membrana del megacariocito se invagina Fig. 8: Trombocitopoyesis. Hemopoyesis Dr. Fernando D. Saraví 10 y forma una red de túbulos, llamada sistema de demarcación de la membrana. Dicha red divide al citoplasma del megacariocito en pequeños volúmenes, cada uno de los cuales constituirá una plaqueta. Casi todo el citoplasma de un megacariocito forma plaquetas. Los restos del citoplasma y el núcleo son luego fagocitados por el sistema reticuloendotelial. La formación de plaquetas requiere de varias citokinas, como SCF (ligando de c-Kit, factor Steel), interleukinas 3 y 11 y GM-CSF. La hormona que estimula la producción de plaquetas se denomina trombopoyetina y actúa sinérgicamente con las citokinas mencionadas. La trombopoyetina es una glicoproteína de 332aminoácidos que guarda semejanza con la eritropoyetina y tiene una masa molecular de aproximadamente 38 kDa. Se sintetiza principalmente en el hígado, y en menor medida en el riñón. El bazo y la médula ósea pueden también producir pequeñas cantidades de la hormona. La trombopoyetina favorece la sobrevida y proliferación de los precursores de los megacariocitos, ya a partir de las CTP. Además estimula la endomitosis y la maduración de los megacariocitos, la expresión de marcadores plaquetarios (CD41 y CD61) y la liberación de plaquetas a la circulación. Si bien muchas citokinas e incluso la eritopoyetina pueden estimular la trombocitopoyesis, solamente el ligando de c-Kit y la trombopoyetina son imprescindibles. La trombocitopoyesis normal requiere, al igual que la eritropoyesis, el aporte de folato y vitamina B12. Presumiblemente, la secreción de trombopoyetina está sujeta a una realimentación negativa, vinculada a la concentración de plaquetas circulantes, aunque se desconoce la señal precisa que ejerce la regulación. LEUCOPOYESIS Se llama leucopoyesis o mielopoyesis al proceso de producción de granulocitos y monocitos. La producción de linfocitos o linfopoyesis se considera por separado. Como ocurre con la eritropoyesis y la trombopoyesis, la leucopoyesis requiere SCF (ligando de c-Kit, factor Steel), GM-CSF e interleukina 3. Estas citokinas actúan sobre las CTP, sobre las células mixtas GEMM, y sobre los progenitores más diferenciados. Adicionalmente, cada línea de leucocitos es estimulada por citokinas más específicas (Fig. 9). Así, las unidades formadoras de colonias de monocitos son estimuladas por G-CSF, las unidades formadoras de colonias de neutrófilos por G-CSF, las de eosinófilos por la interleukina 5, y las de basófilos por interleukina 4. Un gen cuya expresión es importante para la diferenciación granulocítica es el del factor de transcripción EBPα. En ausencia de estímulos, el endotelio, los fibroblastos y células mesenquimales de la médula ósea producen pequeñas cantidades de las citokinas mencionadas que mantienen una leucopoyesis basal, necesaria para suplir los leucocitos que reemplacen a los que normalmente mueren en la periferia. Por ejemplo, la producción diaria de neutrófilos se estima en 1,2 . 1011. No obstante, la producción de leucocitos puede incrementarse hasta 8 veces en respuesta a mayor demanda. Las endotoxinas bacterianas actúan sobre los monocitos circulantes, que en respuesta Fig. 9: Granulocitopoyesis. Hemopoyesis Dr. Fernando D. Saraví 11 liberan interleukina 1 y TNF. Estas citokinas estimulan la producción de factores leucopoyéticos por parte del endotelio y los fibroblastos. Por su parte, los linfocitos T pueden producir también factores leucopoyéticos en respuesta a la estimulación por un antígeno específico, como asimismo por efecto de las citokinas liberadas por los monocitos (Fig. 9). De este modo, la leucopoyesis puede adaptarse rápidamente a una mayor demanda. Linfopoyesis La linfopoyesis es el proceso de generación de todas las poblaciones de linfocitos (T, B y NK). Los linfocitos son producidos a partir de precursores cuya potencialidad se restringe progresivamente hasta limitarse a una línea específica. Se admite generalmente la existencia de un precursor linfoide común que sufre un proceso de especificación hacia una línea determinada (T ó B) , mientras que su descendencia sobrelleva un compromiso de linaje específico. Todo el proceso es conducido por la expresión selectiva de determinados genes que son factores de transcripción o receptores de membrana para factores de transcripción. Estos factores actúan, según el caso, de manera sinérgica o secuencial. La especificación es el mecanismo regulador que causa la activación de los genes asociados con el linaje (y la inactivación de los genes de linajes alternativos). El compromiso, a su vez, es el desarrollo progresivo de las características funcionales del linaje especificado. El desarrollo del precursor linfoide común requiere la expresión de Ikaros y PU.1. El regulador de transcripción Notch- 1 favorece el desarrollo de linfocitos T, al tiempo que inhibe el de linfocitos B. Otros reguladores se indican en la Fig. 10. En particular, la expresión del activador y represor de transcripción Pax-5 (BSAP) es esencial para el desarrollo de los linfocitos B, al igual que Sox4 que se expresa en una etapa posterior de la diferenciación. La diferenciación y capacitación de los linfocitos se describirá a propósito de los mecanismos de inmunidad. Fig. 10: Linfopoyesis. Según Rothemberg, 2000. El sistema inmune Dr. Fernando D. Saraví El sistema inmune está formado por un conjunto de células, estructuras y órganos (llamados órganos linfoides) cuya función fundamental es defender al organismo humano contra agentes biológicos patógenos (capaces de causar enfermedades): bacterias, hongos, parásitos y virus. También protege al individuo contra células del propio cuerpo infectadas por virus o que han sufrido una transformación maligna (cáncer). Su importancia en la adaptación al ambiente se nota por las graves consecuencias de sus deficiencias. Para cumplir su cometido, las células componentes del sistema inmune deben distinguir entre células propias normales, cuya integridad debe preservarse, y células propias anormales y patógenos, que deben destruirse. La distinción es química, ya que las células normales presentan en su membrana plasmática moléculas características, diferentes de las presentes en células anormales o en la superficie de los patógenos. El sistema inmune debe atacar selectivamente los agentes patógenos y las células propias anormales, respetando la integridad de las células normales (“lo propio”) y evitando asimismo reaccionar contra agentes ajenos al organismo pero incapaces de causar enfermedad. Una respuesta inmune útil implica la integración de múltiples señales positivas y negativas que afectan las células participantes. Cuando predominan las señales positivas, la activación y la respuesta inflamatoria permite eliminar los patógenos agresores. Cuando prevalecen las señales negativas, la activación celular es suprimida y no hay inflamación (estado de tolerancia inmunológica). El equilibrio entre señales positivas y negativas es dinámico y requiere ajustes finos. En forma amplia, el sistema inmune constituye, junto con los sistemas nervioso y endocrino, un órgano de comunicación entre diferentes clases de células (no solamente las propias del sistema inmune). Esta comunicación se realiza por señales químicas solubles de diferente clase y por contactos entre célula y célula. Ambos activan cascadas de señalización intracelular que modifica la función de la célula blanco. BARRERAS MECÁNICAS Y QUÍMICAS La epidermis y los epitelios simples que tapizan los órganos huecos son primera línea de defensa contra el ingreso de agentes patógenos al organismo. En la piel, la mucosa oral y esofágica, la vagina y el intestino distal existen bacterias que forman parte de la flora microbiana normal e inhiben la proliferación de agentes patógenos. Diversas sustancias químicas presentes en estas barreras son protectoras: Lisozima y lactoferrina en muchas secreciones, espermita en el semen, Hcl gástrico, ácidos grasos en la piel. En ausencia de lesiones, el epitelio pavimentoso estratificado y queratinizado de la piel es una excelente barrera contra agentes patógenos. Los epitelios simples o pseudoestratificados que recubren la mayor parte de las vísceras huecas son más vulnerables. Este problema es en gran medida compensado por la existencia de abundantes células del sistema inmune en la mucosa de las vías respiratorias y del intestino, llamadas en conjunto tejido linfoide asociado a mucosas (MALT por la sigla en inglés, como las demás siglas empleadas aquí). Estos epitelios también secretan mucus, que constituye una barrera adicional y, en el caso de las vías respiratorias,las células ciliadas propulsan hacia el exterior el mucus, al cual se adhieren los microorganismos que se han inhalado (depuración mucociliar). INMUNIDAD INNATA Y ADAPTATIVA Frente al ingreso de un agente patógeno existen mecanismos de defensa que existen desde el nacimiento. Por ello se llaman en conjunto inmunidad innata, a veces denominada “natural” (espontánea) o inespecífica porque produce una respuesta defensiva estereotipada contra una gran variedad de patógenos. En contraste, hay otro conjunto de mecanismos que se activan frente a un patógeno determinado y generan respuestas específicas para éste, y corresponde a la inmunidad adaptativa. Le permite al individuo adaptarse a su ambiente al generar respuestas que no sólo son específicas para los patógenos que encuentra, sino también duraderas. Esto Tabla 1: Componentes del sistema inmune. Inmunidad inespecífica Inmunidad específica Células Granulocitos Monocitos/macrófagos Linfocitos NK Células dendríticas Mastocitos Linfocitos T citolíticos, colaboradores y reguladores Moléculas Sistema del complemento Lectinas Lisozima Citokinas Inmunoglobulinas (producidas por plasmocitos derivados de linfocitos B) Posgrado-00 Sello El sistema inmune Dr. Fernando D. Saraví 2 significa que, frente a una nueva exposición al mismo patógeno, la respuesta inmune será más rápida y eficaz (memoria inmunológica). En el organismo, la inmunidad innata y la adaptativa son complementarias e implementan respuestas conjuntas integrales contra los patógenos. Además existen múltiples interrelaciones entre ambas ramas del sistema inmune. Cada una de ellas consta de ciertas células, receptores de membrana y mediadores solubles característicos (Tabla 1). CITOKINAS La comunicación de las células del sistema inmune entre sí y con otras células (por ejemplo fibroblastos y células endoteliales) se lleva a cabo mediante contactos de célula a célula, o mediante factores solubles. Entre estos últimos se destacan un amplio conjunto de péptidos y proteínas llamados citokinas (citocinas). En lo que sigue sólo se mencionarán algunas. Las citokinas regulan el crecimiento, desarrollo y actividad de las células inmunes (entre otras) y la respuesta inflamatoria. Como las hormonas clásicas, se caracterizan por actuar sobre células que poseen receptores específicos para cada una. El repertorio de receptores de cada célula determina su capacidad de respuesta a diversas citokinas. Las funciones de las citokinas en la inmunidad pueden resumirse como sigue: 1. Regulación del crecimiento y la diferenciación de los leucocitos. Por ejemplo, GM-CSF, interleukina 3 (IL-3) e IL-7 (ver hemopoyesis). 2. Regulación de la respuesta inmune. Intervienen en la activación, crecimiento y diferenciación de linfocitos y monocitos. Por ejemplo, IL-2 e IL-4, factor de crecimiento transformador beta (TGFβ) e interferón gamma (IFNγ). 3. Regulación de la respuesta inflamatoria. Existen citokinas pro-inflamatorias como IL-1, IL-6 y factor de necrosis tumoral alfa (TNFα), y antiinflamatorias como IL-4 e IL-10. El sistema de citokinas se caracteriza por ser redundante y pleiotrópico. Un mismo efecto puede ser causado por varias citokinas, y a la vez cada citokina tiene generalmente varios efectos sobre diversos tipos de célula. Por otra parte, dos citokinas pueden tener efectos antagónicos o sinérgicos sobre una célula dada. El alcance del efecto de una citokina puede ser autocrino (afectar a la misma célula que la secreta), paracrino (afectar a células vecinas) o endocrino, cuando la citokina alcanza el torrente sanguíneo y afecta células distantes. En general su producción y secreción es transitoria y se encuentra regulada. El patrón secretorio se modifica notablemente en las enfermedades infecciosas, inflamatorias y autoinmunes. Existen cinco familias de receptores para citokinas, según sus características estructurales y su acoplamiento con mecanismos efectores intracelulares: 1. Familia de receptores del factor de crecimiento hemopoyético (tipo I), que poseen ciertas secuencias comunes en el extremo C-terminal y cuyo extremo N-terminal es rico en cisterna (P. ej., receptores para IL-2, IL-4 e IL-6). 2. Familia de receptores del interferón (tipo II), que poseen dominios extracelulares de unión similar. Son receptores para INF-α e INF-β (véase más abajo). 3. Familia de receptores del TNF (tipo III) que comparten un dominio de unión rico en cisteína. Además de los receptores para TNF propiamente dichos, esta familia incluye los receptores CD27 y CD30 que se expresan en linfocitos B y T activados. 4. Receptores de la superfamilia de las inmunoglobulinas (P. ej., receptores para IL-1). 5. Familia de receptores para quimiokinas. Son receptores con siete hélices transmembrana que ligan GTP y están acoplados a proteína G. Están emparentados con la rodopsina, los receptores para catecolaminas y para opioides, entre otros. En general, las citokinas ejercen sus acciones mediante la regulación de la expresión génica de la célula blanco, en la cual activan factores de transcripción que a su vez aumentan la expresión de algunos genes, mientras que reprimen la transcripción de otros. El sistema inmune Dr. Fernando D. Saraví 3 Inmunidad inespecífica: Células participantes FAGOCITOS Los polimorfonucleares neutrófilos de la sangre y los macrófagos tisulares son fagocitos o células especializadas en identificar microorganismos, incorporarlos a su citoplasma (fagocitarlos) y destruirlos. Los fagocitos también pueden iniciar reacciones inflamatorias. Neutrófilos. Son células de núcleo polilobulado. En su citoplasma hay glucógeno y gránulos (lisosomas) poco afines a los colorantes. Los gránulos contienen lisozima, citocromo b558, fosfatasa alcalina, lactoferrina y proteína fijadora de vitamina B12. Su vida media en la sangre es breve (5-6 h) y deben ser continuamente renovados. Son funcionalmente micrófagos: cada uno fagocita unas pocas bacterias antes de morir. Su poder está en el número: son los leucocitos más abundantes en la sangre del adulto (55 a 65 %) y frente a una infección pueden liberarse al torrente sanguíneo en enormes cantidades. Monocitos y macrófagos. Cuando los monocitos que circulan en la sangre migran a los tejidos, sufren un proceso de desarrollo y diferenciación. Aumentan de tamaño y adquieren capacidad fagocítica, transformándose en macrófagos. Los macrófagos pueden ser móviles o fijos. El conjunto de monocitos y macrófagos forma un sistema ampliamente distribuido de fagocitos antes llamado sistema retículo- endotelial y actualmente sistema fagocítico mononuclear. En la piel y otros tejidos está representado por los histiocitos, en el pulmón por los macrófagos alveolares, en los sinusoides hepáticos por las células de Kupffer, en el riñón por las células mesangiales glomerulares y en el sistema nervioso central por la microglia. Hay también macrófagos en las cavidades pleural y peritoneal, en las articulaciones, en los ganglios linfáticos y el bazo. Por su ubicación estratégica, los macrófagos detectan precozmente patógenos que ingresan por vía inhalatoria (macrófagos alveolares) o por el tubo digestivo (células de Kupffer). Los macrófagos del bazo funcionan como filtro activo de bacterias que alcanzan el torrente sanguíneo. A diferencia de los neutrófilos, cada macrófago puede fagocitar decenas de bacterias y sobrevivir al proceso. Además fagocitan partículas inertes y células como eritrocitos y protozoos. Como se detalla después, los productos de digestión de las bacterias por parte de los macrófagos son luego presentados en su membrana para su reconocimiento por parte de las células de la inmunidad específica, lo que representa un nexo importante entre ambas ramas de la inmunidad. Los macrófagos son además productores de citokinas, señales químicas dirigidas a otras células, ya sea del sistema inmune o ajenasa éste. Reconocimiento de patógenos. Los fagocitos poseen en su membrana plasmática receptores de reconocimiento de patrones (PRR) que les permiten identificar configuraciones moleculares (patrones) características de los agentes patógenos (PAMP), que están ausentes en la superficie de las células propias. Los PAMP incluyen moléculas de superficie como lipopolisacáridos de bacterias Gram negativas, ácido lipoteicoico de las Gram positivas, mananos de las levaduras y glicolípidos de las micobacterias. En las infecciones intracelulares funcionan como PAMP restos de ADN bacteriano y ARN viral de doble cadena. Los PRR son moléculas parecidas a las lectinas (ver más abajo) y comparten con éstas la capacidad de unirse reversiblemente a los PAMP, al tiempo que carecen de afinidad por los polisacáridos de superficie de los mamíferos. Un tipo importante de PRR es el de los receptores tipo Toll (TLR) de los cuales hay 13 miembros en humanos. Se desconocen los ligandos de tres de estos receptores (TLR10, TLR12 y TLR13). En conjunto los TLR reconocen bacterias, hongos, protozoos y virus. Además, durante la inflamación pueden ser activados por ligandos endógenos como proteínas de golpe de calor (HSP), mARN y fibrinógeno. La activación de estos receptores, por ejemplo TLR4 por lipopolisacáridos (ligados a otra proteína asociada, CD14) inicia una cadena amplificadora intracelular de kinasas que activa el factor nuclear kappa B (NF-κB), el cual migra al núcleo donde se liga a secuencias reguladoras específicas e induce la transcripción de moléculas proinflamatorias (αTNF, IL-1, IL-6, CXCL8), de adhesión y enzimas proinflamatorias (cicloxigenasa, sintasa inducible de NO y metaloproteasas). El NF-κB también induce la expresión de moléculas co-estimulantes de células de la inmunidad específica (linfocitos T), lo cual proporciona un nexo crucial entre ambas ramas del sistema inmune. Los TLR también regulan diferentes respuestas de células de la inmunidad específica (linfocitos T y B). Fagocitosis. Mediante la activación de un receptor de membrana asociado a proteína G, que activa varias enzimas intracelulares, la unión de PRR a un PAMP moviliza en el fagocito un sistema contráctil que causa la emisión de pseudópodos. Estos engloban al patógeno y lo incluyen en una vacuola citoplasmática (fagosoma) que de inmediato se fusiona con lisosomas formando un fagolisosoma. Destrucción. Una variedad de procesos contribuyen a destruir los patógenos incluidos en los fagolisosomas. En presencia de O2, una NADPH oxidasa de la membrana lisosomal que emplea citocromo b558 produce anión superóxido (O2-). Esto causa un enorme aumento del consumo de oxígeno, llamado El sistema inmune Dr. Fernando D. Saraví 4 estallido respiratorio. A partir del O2- se forma peróxido de hidrógeno (H2O2) y radical hidroxilo (.OH). Estas especies reactivas del oxígeno son potentes antimicrobianos, aunque hay bacterias resistentes. En los neutrófilos (pero no en los macrófagos) la enzima mieloperoxidasa cataliza la formación de ión hipoclorito (OCl-) a partir de H2O2 y Cl-. El OCl- y otros compuestos derivados son potentes oxidantes que destruyen bacterias y virus. La combinación del anión superóxido con óxido nítrico, cuya formación aumenta por una sintasa inducible de óxido nítrico (iNOS; también requiere O2), produce el radical peroxinitrito, capaz de atacar microorganismos libres en el citosol. Además del ataque por especies reactivas del oxígeno y del nitrógeno, los lisosomas contienen sustancias preformadas con actividad antimicrobiana. Estas incluyen la lisozima, que digiere los mucopéptidos de la pared bacteriana, la lactoferrina, que liga hierro necesario para el metabolismo bacteriano, y varios péptidos capaces de insertarse en la membrana bacteriana y abrir en ella poros que matan la bacteria por desequilibrio osmótico (defensinas, BPI, etc). Igual efecto tiene la digestión de la membrana bacteriana por la catepsina G. Los microorganismos muertos son digeridos por proteasas y otras hidrolasas lisosomales. OTRAS CÉLULAS DE LA INMUNIDAD INESPECÍFICA Eosinófilos. Estos leucocitos polimorfonucleares tienen gránulos teñibles con colorantes ácidos debido a una proteína llamada proteína básica mayor. También contienen fosfatasa ácida, peroxidasa, aril sulfatasa y nucleasas. Son escasos en la sangre (1 a 2 %), aunque su proporción aumenta notablemente durante la infestación por parásitos metazoos, como los helmintos, que por su tamaño no pueden ser fagocitados. Estos parásitos son rodeados por eosinófilos que, en las condiciones adecuadas, se adhieren en gran número a ellos, se activan y descargan al medio extracelular proteína básica mayor, proteína catiónica, peroxidasa y perforinas que atacan a los parásitos por producción de especies reactivas de oxígeno y aumento de la permeabilidad de sus membranas. El exceso de eosinófilos (eosinofilia) se observa también en condiciones alérgicas. Basófilos y mastocitos. Los leucocitos polimorfonucleares basófilos y las células cebadas (mastocitos) son células diferentes, pero presentan numerosas semejanzas. Ambas producen y almacenan poderosos mediadores químicos de la inflamación en gránulos grandes que contienen heparina, histamina y factores quimiotácticos. Tienen en su superficie inmunoglobulina E que actúa como receptor para antígenos (ver más abajo). Cuando los basófilos y mastocitos son activados evacuan sus grandes gránulos al medio y además sintetizan y liberan leucotrienos (derivados proinflamatorios del ácido araquidónico). Linfocitos “asesinos naturales” (NK). Son linfocitos grandes y granulosos capaces de ejercer actividad citolítica sobre células no reconocidas como propias (infectadas por virus, neoplásicas o ajenas al organismo). Los linfocitos NK patrullan el organismo buscando células extrañas. Su efecto citolítico es regulado por dos tipos de receptores, activadores e inhibidores. Estos últimos son ocupados por componentes de superficie de las células normales, que evitan así su destrucción (véase COMPLEJO MAYOR DE HISTOCOMPATIBILIDAD). Cuando la célula no es reconocida como propia, es atacada por el linfocito NK. Asimismo, el linfocito NK posee también receptores para inmunoglobulinas que llevan a su activación cuando una célula (eucariota o procariota) está cubierta por anticuerpos. En lugar de atacar directamente la célula condenada, los linfocitos NK la “convencen” de suicidarse induciendo en ella la apoptosis, principal forma de muerte celular programada, mediada por enzimas llamadas caspasas (normalmente presentes e todas las células como precursores inactivos o procaspasas). Los linfocitos NK activados liberan el contenido de sus gránulos que contienen perforina (citolisina), una proteína que en presencia de Ca2+ se polimeriza e inserta en la membrana de la célula blanco y forma en ella poros. Por los poros ingresa granzima B que activa la procaspasa 8 y desencadena la apoptosis. Los gránulos también poseen factor de necrosis tumoral alfa (TNFα) que actúa sobre receptores de membrana (llamados receptores de la muerte) cuya ocupación también activa las caspasas. Existen también otros mecanismos mediados por receptores que pueden causar apoptosis. Células dendríticas (CCDD). Las CCDD son, junto con los macrófagos, las principales células presentadoras de antígenos (“profesionales”). Se caracterizan por poseer numerosas prolongaciones citoplásmicas que aumentan su superficie de membrana. En la piel y mucosas se llaman células de Langerhans. Derivan de precursores mieloides y linfoides y, como se verá a propósito de la activación de linfocitos T, hay al menos tres clases de CCDD. Sus formas inmaduras tienen capacidad fagocítica y responden a infecciones virales con producción de IFNα, por lo cual participan en la inmunidad innata. Las CCDD maduras tienen un papel destacado en la inmunidad específica por presentar antígenos a los linfocitos T, junto con otras señales que determinanla activación de éstos, su diferenciación y su territorio de acción. También interactúan con anticuerpos y participan en la maduración de linfocitos B. El sistema inmune Dr. Fernando D. Saraví 5 Inmunidad inespecífica: Moléculas participantes EL COMPLEMENTO El complemento es un sistema enzimático que participa en la inmunidad inespecífica y específica. Se asemeja al sistema de coagulación sanguínea en que sus diversos componentes pueden generar una respuesta rápida que es muy amplificada por retroalimentación positiva y en que hay mecanismos inhibidores que regulan la magnitud y extensión de la respuesta. Los principales componentes del complemento son sintetizados en el hígado y circulan en la sangre La mayoría se designa con una C y un número arábigo. Una barra sobre ellos indica que están activados. Varios componentes del complemento son activados por escisión de sus moléculas en dos fragmentos llamados a (el más pequeño) y b (el más grande). El componente central de esta cascada enzimática es C3. En el plasma normal, C3 se activa espontánea pero débilmente en C3a y C3b. C3b se une a otro miembro llamado B, formando el complejo C3bB. Una enzima (D) activa el complejo a C3bBb, que tiene actividad de C3 convertasa (actúa sobre C3 para formar más C3b y C3a). Además, el complejo activa a C5 en C5a y C5b. A continuación C5b se asocia con C6, C7 y C8. Este conjunto tetramolecular se asocia con diez moléculas de C9 que se polimerizan para formar el denominado complejo de ataque a la membrana cuya función se describirá después. C3bB es inestable en ausencia de factores de estabilización, y existen inhibidores circulantes que impiden su activación inapropiada. La activación de C3 puede amplificarse mediante dos vías, llamadas por razones históricas “clásica” y “alternativa” (Fig. 1). Vía alternativa (o de la properdina). Pertenece a la inmunidad inespecífica. Es iniciada típicamente por lipopolisacáridos (LPS) bacterianos que se unen a C3bBb. La unión a LPS y a una proteína circulante llamada properdina estabiliza la C3 convertasa de la vía alternativa y mantiene su actividad sobre C3 y C5. Vía clásica. Es iniciada por activación de C1, emplea una C3 convertasa diferente y generalmente es activada por anticuerpos (inmunoglobulinas = Ig), por lo que participa en la inmunidad específica. C1 tiene tres componentes, C1q, C1r y C1s. El C1q se une a Ig ligados a una superficie celular y activa a C1r y C1s. La C1 activada es una serina proteasa que desdobla a C2 y C4 en fragmentos a y b. C2b y C4b forman otra C3 convertasa. Parte del C3b así formado se acopla a C2bC4b para formar una convertasa de C5, el cual ensambla el complejo de ataque a la membrana. El resto de C3b se une a la membrana celular del patógeno, actuando como un ligando para receptores presentes en los fagocitos y otras células inmunitarias. Además de Ig, la vía clásica es activada por proteínas del tipo de las lectinas, ya sea a nivel de C1 como de C4. Las lectinas son proteínas de la superficie celular que no pertenecen al sistema inmune, pero pueden ligar carbohidratos de la superficie bacteriana. Una proteína tipo lectina liga manano (MBP) y activa proteasas de serina asociadas a MBP llamadas MASP. Las MASP activan C4. Los macrófagos de la zona marginal del bazo poseen un receptor tipo lectina, SIGN-R1, que se une a C1q y a polisacáridos de bacterias como Streptococcus pneumoniae, causante de neumonía lobar. SIGN-R1 activa complemento sobre los macrófagos marginales, cerca de las bacterias. Asimismo, la proteína C reactiva plasmática, en presencia de Ca2+, se une a fosforilcolina de microorganismos y activar la vía clásica del complemento. Efectos de la activación del complemento. Pueden resumirse como sigue: 1. Destrucción directa. Los complejos de ataque a la membrana (C5b a C9) forman poros en las superficies bacterianas. Estos poros son muy permeables al agua y los solutos pequeños. Su inserción causa un severo desequilibrio osmótico y químico que destruye las bacterias. Aunque los complejos de ataque se parecen a las perforinas de los linfocitos citolíticos, se distinguen en que el efecto de estas últimas es indirecto, a través de la introducción de señales de apoptosis. 2. Liberación de mediadores y quimiotaxis. Los fragmentos C3a y C5a (y en menor medida C4a) son anafilatoxinas que estimulan la liberación de mediadores químicos por parte de mastocitos y macrófagos, importantes para iniciar reacciones inflamatorias agudas, que se tratan más abajo. C5a es también un factor quimiotáctico (atractivo) para células inmunitarias. 3. Estimulación de la fagocitosis (opsonización). Una opsonina es una sustancia que, unida a la superficie de un patógeno, estimula la actividad fagocítica. Los neutrófilos y macrófagos pueden reconocer PAMP en la superficie de los microorganismos, pero su actividad fagocítica es potenciada por la presencia de C3b en dicha superficie, que es reconocida por la presencia de receptores para C3 de la membrana de los fagocitos. 4. Depuración de patógenos circulantes. Si los microorganismos recubiertos por C3b alcanzan la sangre, son extraídos eficientemente de ésta por los macrófagos del sistema retículoendotelial, en particular los macrófagos marginales del bazo y las células de Kupffer de los sinusoides hepáticos. Regulación. La activación excesiva o inapropiada de una cascada enzimática amplificada por retroalimentación positiva es nociva para el propio organismo. La regulación negativa se ejerce en parte por El sistema inmune Dr. Fernando D. Saraví 6 limitación de la concentración de C3b en la fase soluble (no unido a la superficie de patógenos). En solución, C3b se une a un componente llamado H, que facilita la inactivación de C3b por una enzima (factor I) que lo degrada a iC3b, el cual luego es escindido a dos péptidos también inactivos. Los eritrocitos poseen en su membrana receptores y moléculas que facilitan la degradación de C3b y otras que inhiben la formación de complejos de ataque a la membrana (en particular la protectina o CD59). INTERFERONES Los interferones (INF) son una familia de citokinas, proteínas de peso molecular entre 15 y 21 kDa. Existen tres clases principales de INF, llamados alfa, beta y gamma. Los INF-α son de origen leucocitario, codificados por una familia de genes del cromosoma 9. Los INF-β provienen de los fibroblastos; son codificados por un gen único, también del cromosoma 9. El INF-γ, también llamado inmunitario, es principalmente sintetizado por linfocitos T y células NK (gen en el cromosoma 12). La secreción de los INF es estimulada por las infecciones virales. Los α-INF y β-INF son componentes de la inmunidad humoral inespecífica que activan mecanismos de defensa antiviral de las células no infectadas, y aumenta sus defensas contra la infección. Además pueden promover la apoptosis de células ya infectadas. El INF-γ inhibe directamente la replicación viral y aumenta la eficacia de la respuesta inmune adquirida por mayor expresión de células del complejo mayor de histocompatibilidad I y II. Además estimula células NK y macrófagos. Mecanismo de acción. Los INF actúan sobre receptores de superficie que están acoplados a kinasas. El receptor está formado por dos monómeros que se dimerizan al unirse al INF, como consecuencia de lo cual dos proteínas conocidas como STAT (elementos de señalamiento y activación de la transcripción) son fosforiladas, se combinan y el conjunto viaja al núcleo, en cuyo ADN activa selectivamente cientos de genes. Los productos de algunos de estos genes poseen acción antiviral directa e inespecífica. Por ejemplo, la 2’,5’ oligoadenilato sintasa cataliza la síntesis de trinucleótidos de adenosina, los cuales activan una endonucleasa capaz de degradar el ARNm de origen viral. Una kinasa de proteína de 67 kDa fosforila e inactiva un factor necesario para la síntesis de proteínas. Otros productos cuya síntesises estimulada por INF pueden ser específicos contra ciertos virus. Los β-INF son capaces de reducir el pasaje de células inflamatorias a través de la barrera hematoencefálica. Resistencia. La mayoría de los virus no permanecen inactivos frente a la generación de INF. Por el contrario, los virus interfieren con las vías de señalización de los INF, con los efectos de los productos de genes activados por INF, y con la comunicación entre las vías de INF y otros mecanismos inmunes. PROTEÍNAS DE FASE AGUDA La iniciación de una respuesta inflamatoria frente a una infección o una lesión tisular causa un aumento de ciertas proteínas plasmáticas llamadas proteínas de fase aguda, que incluyen la proteína C reactiva (RPC) y la proteína fijadora de manosa (MBP) ya mencionadas. La primera es un pentámero capaz de ligar Ca2+ en su centro. La RPC tiene un papel importante en la regulación de la coagulación. En el sistema inmune, facilita la opsonización de bacterias al activar el complemento por la vía clásica. La MBP es una colectina (llamada así por su similitud estructural con el colágeno y las lectinas) que se une a una gran variedad de agentes patógenos (bacterias, hongos, protozoos y virus) y también activa la vía clásica del complemento. Fig. 1: El sistema del Complemento. El sistema inmune Dr. Fernando D. Saraví 7 Inflamación La inflamación es una respuesta estereotipada ante agresiones por agentes físicos (temperatura, radiación), lesión mecánica (heridas), irritantes químicos y un gran número de microorganismos. La zona inflamada presenta los cuatro signos de rubor, calor, tumor y dolor (tétrada de Celso). Los dos primeros son causados por hiperemia, el tumor (hinchazón) por edema y el dolor principalmente por irritación de terminales nociceptivas. En la respuesta inflamatoria se distinguen tres fases: 1) aguda, caracterizada por vasodila- tación local y aumento de la permeabilidad capilar; 2) subaguda, en la cual hay infiltración del tejido con leucocitos, principalmente polimorfonucleares y macrófagos, y 3) crónica, también llamada proliferativa, en la cual predominan linfocitos y fibroblastos. Las fases aguda y subaguda ocurren rápidamente (minutos a horas) mientras que la fase crónica requiere días o semanas. Normalmente la inflamación se resuelve sin llegar a la fase crónica. La capacidad de desarrollar respuestas inflamatorias es indispón- sable como mecanismo de defensa intensiva ante la agresión por bacterias y otros patógenos (Fig. 2). La inflamación también es una respuesta al daño celular no infeccioso (por ejemplo, traumático o químico), iniciada por productos liberados por las células lesionadas o muertas por necrosis como por ejemplo, las proteínas del choque térmico (HSP). Además, una vez neutralizada la agresión, la inflamación promueve los procesos de reparación (cicatrización). No obstante, en medicina a menudo es necesario atenuar la respuesta inflamatoria, porque 1) es exagerada o se prolonga sin ventaja biológica, o 2) se debe a procesos alérgicos o autoinmunes. DINÁMICA DE LA INFLAMACIÓN AGUDA Y SUBAGUDA La inflamación puede iniciarse por la activación del complemento mediante una o más de las vías ya vistas. Las anafilatoxinas C5a y C3a activan los mastocitos y los macrófagos titulares. Dicha activación resulta en la liberación de mediadores químicos de la inflamación, por dos mecanismos principales. Por una parte se produce exocitosis de gránulos que contienen mediadores preformados, como histamina, factor activador de las plaquetas (PAF), interleukinas (IL) y otros factores quimiotácticos (que atraen leucocitos). En segundo lugar, se estimulan vías de síntesis de derivados del ácido araquidónico: leucotrienos, prostaglandinas y tromboxanos, llamados colectivamente eicosanoides (Fig. 3). La histamina, la bradiquinina, las prostaglandinas I2 y E2, y el óxido nítrico, entre otras sustancias, producen relajación del músculo liso arteriolar (vasodilatación e hiperemia) y retracción del endotelio capilar con aumento de la permeabilidad, que facilita la transudación de plasma al intersticio, y con él de más complemento, anticuerpos y proteínas de fase aguda. La importancia relativa de algunos medidaores selectos se indica en la Tabla 2. Fig. 2: Inflamación (de www.insp.mx) El sistema inmune Dr. Fernando D. Saraví 8 La histamina, la IL-1 y el αTNF activan las células endoteliales. Estas poseen moléculas que permiten la adhesión de leucocitos circulantes al endotelio, y por tanto son capaces de detener los leucocitos en la zona inflamada. La activación de las células endoteliales produce un incremento de estas moléculas de adhesión, como las selectinas E y P; esta última es un ligando para la selectina L de la superficie del leucocito, y la primera se liga a otra glicoproteína de superficie llamada PSGL-1. En el endotelio también existe factor activador de plaquetas (PAF) que, al interactuar con receptores de los leucocitos, aumenta la expresión de integrinas en la superficie de estos. A su vez las integrinas se ligan a receptores endoteliales como la molécula de adhesión intercelular 1 (ICAM-1) y la molécula de adhesión vascular 1 (VCAM-1). Una vez detenidos y fijados al endotelio, los leucocitos pueden atravesar el endotelio por diapédesis hacia el intersticio, atraídos por gradientes de factores quimiotácticos como el PAF, el leucotrieno B4, C3a y C5a y, en infecciones bacterianas, por péptidos de las bacterias como formilmetionina-leucina-fenilalanina. En una etapa posterior poseen un papel importante citokinas principalmente derivadas de monocitos y macrófagos, en particular la IL-1 y el αTNF. Ambos poseen acciones comunes, que incluyen: 1) activación de leucocitos polimorfonucleares, linfocitos B, T y NK; 2) aumento de la expresión de moléculas de adhesión y de otras citokinas; 3) inducción de las enzimas que producen eicosanoides (ciclooxigenasa y lipooxigenasa). La IL-1 y el TNF contribuyen también a la cicatrización, pues promueven la proliferación de fibroblastos y la síntesis de colágeno. Mediante receptores específicos el IL-1 y α-TNF activan factores de transcripción, en particular NF-κB y AP-1, en diversos tipos de células. Las IL-1 y 6 que alcanzan la circulación poseen efectos sistémicos, como aumentar la temperatura corporal (pirógenos endógenos) y promover la síntesis hepática de complemento y proteínas de fase aguda. Los monocitos reclutados hacia el sitio de inflamación pueden diferenciarse en CCDD por citokinas producidas localmente, como IFN. FACTORES ANTIINFLAMATORIOS Del mismo modo en que ciertas moléculas promueven la inflamación, otras limitan naturalmente su extensión. Entre los factores antiinflamatorios naturales están ciertos componentes del complemento como C1, C4b y otros. La prostaglandina E2 inhibe la producción de citokinas y la proliferación de linfocitos, y el factor de crecimiento transformante beta (TGFβ) reduce la actividad de los macrófagos y linfocitos NK y promueve procesos de cicatrización. Los glucocorticoides endógenos reprimen genes que codifican moléculas pro-inflamatorias y aumentan la expresión de genes inhibidores de la inflamación. La IL-10 inhibe a los monocitos y macrófagos, reduce la producción de citokinas y la actividad fagocítica. Las lipoxinas A y B poseen asimismo efectos antiinflamatorios. Fig. 6-2 Tabla 2: Fig. 3: Derivados del ácido araquidónico. El sistema inmune Dr. Fernando D. Saraví 9 Inmunidad específica Comprende un conjunto de mecanismos de reacción desarrollados por la exposición a antígenos específicos, que desencadenan respuestas dirigidas y duraderas (“memoria inmunológica”). Un antígeno es una molécula capaz de generar una respuesta inmune específica por parte de algunos linfocitos. Los antígenos son generalmente proteínas o polisacáridos complejos. Las moléculas del sistema inmune capaces dereconocer y ligarse reversiblemente a los antígenos son los anticuerpos solubles y receptores de los linfocitos B y T, que en realidad no reconocen toda la molécula inmunogénica como tal, sino pequeñas porciones de ésta presentes en su superficie, llamadas epitopos (Fig. 4). Por ejemplo, en las proteínas globulares cada epitopo incluye entre 14 y 21 residuos de aminoácidos próximos entre sí (por ser parte de una misma cadena lineal o por hallarse vecinos en la proteína plegada). La porción de un anticuerpo que reconoce un epitopo se llama paratopo. Una misma proteína tiene típicamente muchos epitopos, cada uno de los cuales puede ser reconocido por un anticuerpo diferente. El conjunto de epitopos de una macromolécula se denomina determinante antigénico. Un hecho fundamental es que la existencia de linfocitos capaces de reconocer un epitopo es previa a cualquier exposición a antígenos. Lo que hace un antígeno es estimular la activación de linfocitos que pueden reconocerlo y no de otros linfocitos con diferente especificidad. Hay poblaciones de linfocitos que jamás se activarán en la vida del individuo porque éste nunca entró en contacto con el antígeno apropiado. La estrategia del sistema inmune es generar grupos de linfocitos que poseen, cada uno, especificidad para uno de una enorme gama de antígenos que el individuo podría encontrar. De este vasto repertorio solamente algunos se seleccionan para su activación cuando sean expuestos al antígeno apropiado. Una gran proporción de linfocitos serían capaces de activarse con antígenos propios, por lo que son eliminados o su capacidad de respuesta es modificada o anulada (ver TOLERANCIA INMUNOLÓGICA). Aunque requieren la colaboración de otras células, los linfocitos son los protagonistas indisputados de la inmunidad específica. Clásicamente la inmunidad específica mediada por anticuerpos (humoral) se atribuye a los linfocitos B y la mediada por células a los linfocitos T. Sin embargo, hay subgrupos de linfocitos T cuya función es indispensable para una adecuada respuesta humoral. ÓRGANOS LINFOIDES La especificación inicial del linaje linfoide se explicó a propósito de la hemopoyesis. Los órganos linfoides se clasifican en primarios, donde se originan los linfocitos y se especifica su tipo, y secundarios, donde ocurren procesos posteriores de diferenciación, supresión y activación. En el período fetal el principal órgano linfoide primario es el hígado. Luego del nacimiento, los órganos linfoides primarios son la médula ósea y el timo. Los linfocitos T se llaman así porque maduran en el timo. En las aves, los linfocitos B sufren diferenciación en una estructura llamada bolsa de Fabricio. En los mamíferos la función de la bolsa es desempeñada por la propia médula ósea. Los órganos linfoides secundarios son los ganglios linfáticos y el bazo, y el tejido linfoide no encapsulado asociado a las mucosas y a la piel (MALT y SALT respectivamente). MALT y SALT están expuestos a antígenos del ambiente y responden a ellos, entre otras formas mediante la secreción de Ig A secretoria. Los ganglios linfáticos procesan y responden a antígenos que han alcanzado los tejidos. Por su parte el bazo tiene un papel muy importante en la vigilancia contra antígenos circulantes en la sangre. Los ganglios tienen una cápsula fibrosa a la que ingresan los linfáticos aferentes, cuya linfa contiene antígenos solubles y CCDD portadoras de antígenos, drenando en el seno subcapsular (Fig. 5). La corteza del ganglio tiene folículos primarios con linfocitos B (ver abajo) y CCDD llamadas foliculares. Por dentro se halla la paracorteza, con linfocitos T y CCDD. La médula posee cordones linfoides separados por senos medulares que drenan en el linfático eferente. También posee irrigación sanguínea e inervación simpática. Los linfocitos circulan por el nódulo, ingresando por venas especializadas (vénulas Fig. 4: Antígenos, anticuerpos y epitopos. El sistema inmune Dr. Fernando D. Saraví 10 de endotelio alto, que producen quimiokinas atrayentes). Egresan del nódulo por el linfático eferente, o son orientadas por citokinas hacia las diversas partes del ganglio. La citokina CXCL13 en los folículos atrae linfocitos B, mientras que CCL19 y CCL21 orientan a los linfocitos T y las CCDD hacia la paracorteza. El bazo es el mayor órgano linfoide y un importante filtro de la sangre. Posee una cápsula de la cual parten trabéculas que lo tabican en forma incompleta. Carece de vasos linfáticos, excepto en la cápsula. La arteria esplénica se divide en ramas que van por las trabéculas. El parénquima incluye la pulpa blanca, con tejido linfoide, y la pulpa roja, con eritrocitos, macrófagos y fibroblastos. Las arterias trabeculares dan arteriolas folicu-lares o centrales que atraviesan la pulpa blanca, se ramifican y desembocan en cordo-nes de la pulpa roja, formados por fibro-blastos y fibras reti-culares carentes de endotelio. De allí los eritrocitos deben pasar a senos venosos a través de un endotelio que tiene hendiduras. Los glóbulos rojos viejos o enfermos no pueden pasar y son fagocitados (véase Eritrocateresis). En la pulpa blanca, la región en torno de las arteriolas centrales es un nicho de linfocitos T, y existen folículos con linfocitos B. En torno de la pulpa blanca, que es discontinua, hay una zona marginal (MZ) con macrófagos, CCDD y linfocitos B diferenciados (diferentes de los foliculares) y por fuera de ella una zona perifolicular. ORIGEN Y DIFERENCIACIÓN INICIAL DE LOS LINFOCITOS La linfopoyesis es el proceso de generación de todas las poblaciones de linfocitos (T, B y NK). Los linfocitos son producidos a partir de precursores cuya potencialidad se restringe progresivamente hasta limitarse a una línea específica (véase HEMOPOYESIS Y HEMOCATERESIS). Se admite la existencia de un precursor linfoide común que sufre un proceso de especificación hacia una línea dada (T ó B), mientras que su descendencia adquiere un compromiso de linaje específico. La especificación es el mecanismo que causa la activación de los genes asociados con el linaje (e inactivación de los genes de linajes alternativos). El compromiso es el desarrollo progresivo de las características funcionales del linaje especificado. El proceso es conducido por la expresión selectiva de genes de factores de transcripción o sus correspondientes receptores de membrana que actúan, según el caso, de manera sinérgica o secuencial. El desarrollo del precursor linfoide común requiere la expresión de Ikaros y PU.1. El regulador de transcripción Notch-1 favorece el desarrollo de linfocitos T al tiempo que inhibe el de linfocitos B. En los precursores dirigidos hacia las líneas T, se expresan secuencialmente GATA 3 y TCF-1. El desarrollo temprano de ambos tipos de linfocitos requiere la presencia de IL-7, que a través de receptores específicos aumenta la actividad antiapoptótica de la proteína MCL-1 (de la familia BCL-2). Por otra parte, E2A y EBF dirigen la especificación hacia linfocitos B. Posteriormente, la expresión del activador y represor de transcripción Pax-5 (BSAP) y luego de Sox4 es esencial para el compromiso de los linfocitos B. Los linfocitos T y B no pueden distinguirse entre sí por su morfología. Ambos son células pequeñas con escaso citoplasma claro y un núcleo redondo con cromatina muy condensada. Las distinciones se basan en la detección de ciertas moléculas presentes en su superficie que son distintivas de la etapa del desarrollo Fig. 5: Estructura de un ganglio linfático. No se muestran los vasos sanguíneos ni la inervación. De McKinley K, McLoughlin VD. Human Anatomy. New York: McGraw-Hill, 2006. El sistema inmune Dr. Fernando D. Saraví 11 y del tipo de linfocito. Estas moléculas se denominan con la sigla CD (de cúmulo de diferenciación) seguido de un número arábigo. Por ejemplo, los linfocitos T expresan CD4 ó CD8, pero los linfocitos B expresan CD19 y CD20. Complejoprincipal de histocompatibilidad En el reconocimiento de las células propias y en la presentación de antígenos procesados a los linfocitos T tiene un papel destacado el complejo principal de histocompatibilidad (MHC, de Major Histocompatibility Complex), un conjunto de productos génicos codificados en una región cromosómica relacionada inicialmente con la identidad inmune y la compatibilidad de los transplantes. Por razones históricas, en el ser humano el MHC se llama sistema de antígenos leucocitarios humano (HLA), que se clasifican en clases I y II (Fig. 6). Las moléculas de clase I se expresan en casi todas las células nucleadas. Están formadas por una cadena α unida no covalentemente a un péptido llamado β2-microglobulina. La cadena α consta de un breve segmento intracelular con el extremo C-terminal, un segmento transmembrana y tres dominios extracelulares llamados α1, α2 y α3. El dominio α3 y la β2- microglobulina tienen ambos un plegamiento tipo inmuno-globulina, mientras que los dominios α1 y α2 más externos forman una hendidura donde se inserta el antígeno a ser presentado (Fig. 7). Las moléculas de clase II se expresan constitutivamente en células del sistema inmune que cumplen la función especializada de presentar antígenos a los linfocitos T: CCDD, macrófagos, epitelio del timo y linfocitos B. Su expresión puede ser inducida en otras células por γIFN. Una molécula de clase II es un heterodímero con cadenas α y β, ambas insertadas en la membrana. Los dominios α2 y β2 tienen un plegamiento tipo inmunoglobulina, mientras que α1 y β1 forman en conjunto una hendidura para la presentación de antígeno, análoga a la presente en MHC de clase I. GENÉTICA DEL MHC El HLA corresponde a una región de 4 megabases presente en 6p21.3 (Fig. 8-3). En la misma región se codifican otros genes (clase III), muchos de los cuales son del sistema inmune, como los componentes C2 y C4 del complemento, TNFα y TNFβ (linfotoxina). El gen de la β2-microglobulina es codificado en el cromosoma 15. Aproximadamente la mitad de las 4 megabases del lado telomérico corresponde al HLA clase I. Las moléculas clásicas (Ia) y más importantes de clase I son HLA-A, HLA-B y HLA-C. Presentan notable polimorfismo, en parte porque esta región del genoma posee una tasa de mutación espontánea cientos de veces superior a la del resto del genoma. Los polimorfismos de ambos progenitores se expresan de modo codominante y afectan especialmente la región de la hendidura Fig. 6: Estructura de las moléculas del complejo mayor de histocompatibilidad. Fig. 7: Hendidura de MHC clase I para la presen- tación de un antígeno peptídico (vista desde arriba). El sistema inmune Dr. Fernando D. Saraví 12 para la presentación del antígeno. Existen aproximadamente 100 alelos en el HLA-A, 200 en el HLA-B y 50 en el HLA-C. Cada alelo recibe una denominación numérica única según una nomenclatura estandarizada por la Organización Mundial de la Salud. Los genes de las moléculas de clase II se disponen en un trecho de 1 megabase del lado centromérico de 6p21.3 y forman diferentes haplotipos (conjunto de alelos de loci polimorfos a lo largo de un segmento cromosómico). Existen tres subregiones principales, llamadas HLA-DR, HLA-DQ y HLA- DP. Cada una posee al menos un locus para cadena α (A) y otro para cadena β (B). Los alelos de la clase II son también notablemente polimorfos, en particular para la cadena β. Como para la clase I, los alelos de clase II se identifican según una nomenclatura estándar. Los polimorfismos de ambas clases (I y II) afectan sobre todo la región de la hendidura, lo cual proporciona versatilidad a la variedad de péptidos antigénicos que pueden ser presentados. Debido a la variedad de alelos en la población general, la mayoría de las personas es heterocigota en todos los loci de clase I y II. Otra característica del HLA es la baja tasa de recombinación entre muchos de sus loci, que se expresa como un desequilibrio de ligamiento. MOLÉCULAS MHC DE CLASE I La cadena α sintetizada se inserta en la membrana del retículo endoplásmico, donde es retenida por chaperonas, glicosilada y asociada a β2-microglobulina. Por otra parte, los péptidos a ser presentados provienen de la degradación de proteínas intracelulares en el proteosoma. Solamente 10 % de los péptidos tienen la longitud apropiada para acoplarse a la molécula clase I (8 ó 9 aminoácidos), y son importados al retículo mediante dos transportadores asociados a procesamiento de antígeno (TAP). Otra proteína (tapasina) media la inserción del péptido en la hendidura de la molécula clase I, que ahora es exportada a la membrana a través del aparato de Golgi. El γ-INF modifica la función proteosómica y aumenta la proporción y especificidad de los péptidos importados al retículo. Funciones de las moléculas clase I. 1. Las moléculas de clase I interactúan con dos familias de receptores de los linfocitos NK llamadas KIR y CD94/MKG2 e inhiben la actividad citolítica de estos linfocitos (activados por el contacto con células que no expresan HLA clase I). 2. La presentación de péptidos propios normales es importante para mantener la tolerancia inmunológica por diversos mecanismos. 3. Por otra parte, las células infectadas por virus presentan péptidos anormales que son desconocidos por los linfocitos T, los cuales proceden a la destrucción de estas células enfermas. También ocasionan reacción los péptidos presentados por células infectadas con patógenos intracelulares no virales, como Listeria. 4. Las moléculas de clase I son también fundamentales en la compatibilidad de transplantes. MOLÉCULAS MHC DE CLASE II La molécula de clase II se ensambla en el retículo endoplásmico, donde se asocia a la llamada cadena invariable, que bloquea la hendidura de unión al péptido y dirige el tráfico trans-Golgi de la molécula clase II hacia endosomas. Estos contienen péptidos provenientes del procesamiento de proteínas ajenas a la célula. En ellos la cadena invariable es escindida y su lugar es ocupado por uno de los citados péptidos. El complejo clase II-péptido antigénico es luego insertado en la membrana. Por tanto, las células que expresan Fig. 8: Mapa físico de los genes del MHC en el humano y en el ratón (Mus musculus). De www-immuno.path.cam.ac.uk El sistema inmune Dr. Fernando D. Saraví 13 HLA de clase II participan en la vigilancia inmunitaria del medio extracelular. Su interacción con receptores de linfocitos T se describe más adelante. Linfocitos T Hay tres poblaciones principales de linfocitos T maduros, a saber: citotóxicos (Tc), colaboradores (Th, de helper) y reguladores o supresores (LTs, Treg). Todos expresan el marcador CD3. Los citotóxicos expresan además CD8, los colaboradores CD4. Existen varias clases de Th (por ej., Th1, Th2 y Th17). Los Treg pueden ser positivos para CD4 ó CD8 y deben caracterizarse con marcadores adicionales. Los linfocitos T no reconocen los antígenos en su estado nativo (intacto) sino epitopos procesados y presentados por células en moléculas del MHC. El receptor de los linfocitos T (TCR) reconoce estos complejos. El TCR es un heterodímero con cadenas αβ ó γδ (superfamilia de las inmunoglobulinas) unido no covalentemente a cinco subunidades de CD3 llamadas γ, δ, ε, ξ y h (Fig. 9). Las cadenas αβ y γδ se unen al antígeno. El CD3 permite la inserción del TCR en la membrana y media los efectos intracelulares de la ocupación del receptor. El TCR de los Tc se asocia con CD8 (cadenas αβ) y reconoce antígenos presentados por MHC de clase I. El TCR de los Th reconoce antígenos acoplados a MHC de clase II. Los genes de las cadenas α y δ se hallan en el cromosoma 14 y los de las cadenas β y γ en el cromosoma 7. Poseen porciones constantes y variables, que se combinan aleatoriamente y se seleccionan en el timo. La cadena α tiene segmentos variables (V), de unión (J, de joining) y constante (C). En la cadena β hay segmentosV, J, C y D (de diversidad). La reordenación de los genes es posible por dos proteína kinasas dependientes de ADN, productos de genes activadores de la recombinasa (RAG1 y RAG2). Los TCR corresponden a las diversas recombinaciones de estos segmentos. En cada linfocito T sólo un locus para la cadena β y otro para la α se reordenan y se expresan, pero el alelo restante no lo hace (fenómeno de exclusión alélica). Este proceso puede generar 1016 αβTCR diferentes. MADURACIÓN DE LOS LINFOCITOS T EN EL TIMO Los progenitores de linfocitos T llegan al timo, donde sufren procesos de migración, proliferación, diferenciación y selección antes de retornar a la sangre como células T maduras (Fig. 10). La selectina P en el endotelio del timo recluta progenitores que llevan su ligando (PSGL-1). La diferenciación es dirigida por señales del estroma y del epitelio del timo. Los progenitores más inmaduros de linfocitos T son “doble negativos” (DN1) por no expresar CD4 ni CD8. Son CD44+ pero CD25-. Estos linfocitos ingresan a la corteza tímica cerca de la unión córticomedular. Luego migran hacia la región subcapsular y pasan por otras etapas “doble negativas”, cuando se activan RAG1 y RAG2, que dirigen la recombinación al azar de la cadena β del TCR en una secuencia fija (D a J y luego V a DJ). RAG1 y RAG2 se silencian luego de producir una disposición β VDJ funcional, que lleva al ensamble de un TCR precursor (pre-TCR), que permite la proliferación y la diferenciación en células T “doble positivas” (expresan CD4+ y CD8+), la mayoría de los linfocitos subcapsulares. En la etapa CD4+ CD8+, RAG1 y RAG2 se reactivan para generar una cadena α madura por recombinación de α V y J. La expresión de αβ TCR otorga especificidad para un antígeno. Aún en la corteza, algunas células se diferencian en linfocitos NK por influencia de CD1, o en linfocitos con γδTCR mediada por receptores para β-linfotoxina. La mayor parte, sin embargo, expresa un αβTCR maduro, que contacta células epiteliales tímicas corticales. Estas células seleccionan los linfocitos presentándoles péptidos propios en moléculas del MHC. Los linfocitos cuyo TCR reconoce el MHC propio con baja afinidad reciben señales de supervivencia (selección positiva). Aquéllos cuyo TCR no reconoce esas moléculas mueren por El sistema inmune Dr. Fernando D. Saraví 14 deprivación. Si la afinidad por MHC es excesiva, los linfocitos reactivan RAG y pueden corregir su TCR para tornarlo menos autorreactivo (edición del TCR). Si esto fracasa, sufren apoptosis. Los linfocitos selec- cionados expresan el receptor para quicio- quina CCR7 que los orienta hacia la médula del timo. En el timo, los linfocitos T que además de CD3 expresan CD4 ó CD8 (de modo mutuamente exclu- yente) están sólo en la médula, que forma un microambiente apto para la eliminación de aquéllos con TCR autorreactivos (selección negativa). El microambiente está formado por timocitos, macrófagos, CCDD y células epiteliales tímicas medulares. Estas últimas expresan el factor de transcripción AIRE (regulador autoinmune) y presentan a los linfocitos T una serie de antígenos propios característicos no sólo de las células locales, sino también de tejidos periféricos. Esto se conoce como expresión génica promiscua. Su falla causa un grave trastorno autoinmune. Así, los linfocitos T son revisados en su reactividad a antígenos propios locales y periféricos antes de que abandonen el timo, y aquellos con TCR autorreactivos son eliminados por inducción de apoptosis (selección negativa). Cerca de 97 % de los linfocitos T generados se eliminan por la selección positiva y negativa, pero esto no elimina todos los linfocitos T autorreactivos, y se requieren controles periféricos para evitar reacciones autoinmunes. Los corpúsculos de Hassal forman un subcompartimiento en la médula del timo, donde las células epiteliales y dendríticas promueven el desarrollo de Treg. Estas contribuyen a mantener la tolerancia hacia lo propio por la supresión activa de la respuesta inmune. La salida de los linfocitos T maduros desde el timo hacia la sangre también es un proceso regulado por un gradiente del receptor tipo esfingosina-1-fosfato (S1P1), la subregulación de un receptor tipo lectina llamado CD69 y la expresión de la integrina α5β1, entre otras señales. Los linfocitos egresados del timo son vírgenes o ingenuos (naïve) hasta encuentran antígenos en la periferia. Los linfocitos T maduros son 75 % de los linfocitos de la sangre periférica, 90 % de los de la linfa, y 30 % de los del bazo y los ganglios. ACTIVACIÓN E INHIBICIÓN DE LOS LINFOCITOS T POR LAS CÉLULAS DENDRÍTICAS Para activarse, los linfocitos T vírgenes requieren instrucciones específicas proporcionadas principalmente por las CCDD, lo que hace de éstas un eslabón clave entre la inmunidad innata y adquirida. Cuando las CCDD entran en contacto con un patógeno, procesan sus antígenos y viajan por los vasos linfáticos hacia un ganglio, en donde puede encontrar un linfocito T que reconozca el epitopo presentado en la hendidura del MHC, de clase I para linfocitos CD8 o de clase II para linfocitos CD4. Las CCDD se localizan en la piel, las mucosas y los órganos linfoides secundarios. Son cruciales para iniciar respuestas específicas a patógenos o células anormales (acción inmunogénica), y también para prevenir la reacción contra lo propio y contra antígenos exógenos inofensivos (acción tolerogénica). Desde los tejidos migran por la linfa a los órganos linfoides secundarios. La maduración de las CCDD puede ser inducida por productos de microorganismos, por linfocitos y neutrófilos, diversas citokinas, ligandos endógenos – por ej., HSP70 (proteína de golpe de calor 70) – y por complejos inmunes antígeno- anticuerpo. La vía final común de la maduración involucra al NF-κB y lleva a la secreción de citokinas, que atraen fagocitos y linfocitos, y la expresión de moléculas de membrana co-estimuladoras, necesarias para actuar sobre los linfocitos. Fig. 10: Diferenciación de los linfocitos T en el timo (TEC = célula epitelial tímica). De Ladi E y col. Nat Immunol 7: 338-343, 2006. El sistema inmune Dr. Fernando D. Saraví 15 Las CCDD envían a los linfocitos T varias señales en forma secuencial. La primera señal es la presentación de moléculas de MHC con epitopos antigénicos, cuya interacción con los TCR inicia la formación de un contacto duradero (horas) y especializado entre la célula dendrítica y el linfocito T, llamado sinapsis inmunológica. La segunda señal corresponde a moléculas de señalamiento que pueden ser co-estimulantes o co- inhibitorias, según estimulen al linfocito a activarse o impidan su activación frente al antígeno presentado. La tercera señal establece, para los linfocitos T CD4, si el linfocito se diferenciará como Th1, Th2, Th17 o Treg (polarización funcional). La cuarta señal estimula a los linfocitos a expresar receptores de localización (homing receptors) que les permten dirigirse a los tejidos donde se halló el antígeno y a tejidos similares. Las CCDD son una población heterogénea. Se clasifican en mieloides, linfoides y plasmacitoides, que pueden distinguirse por marcadores de membrana. Las CCDD mieloides tienden a localizarse en la zona marginal de la pulpa blanca del bazo. Estimulan linfocitos T CD8 (citolíticos) y en condiciones inflamatorias favorecen la diferenciación de linfocitos T CD4 en LTh2, activando factores de transcripción característicos como STAT-6, GATA-3 y c- maf. Las CCDD linfoides activan linfocitos T CD8, pero promueven la diferenciación de los CD4 en LTh1 por activación de los factores STAT-4 y T-bet. Finalmente, las CCDD plasmacitoides participan en el mantenimiento de tolerancia periférica induciendo Treg, aunque en ciertas condiciones favorecen la diferenciación de Th17 por activación del factor de transcripción RORγt. Las CCDD plasmacitoides se caracterizan por responder especialmente aácidos nucleicos microbianos y producir gran cantidad de IFN tipo I (como IFNα y β), además de IL-6 y αTNF. Las citokinas predominantes producidas por las CCDD guían la diferenciación de los linfocitos T: IL-12 para Th1, IL-4 para Th2, y TGF-β para Th17 y Treg. En presencia de TGF-β, la diferenciación hacia Th17 es favorecida por la IL-6, mientras que su ausencia lleva a Treg (Fig. 11). SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR DEL TCR ACTIVADO El TCR propiamente dicho carece de capacidad de señalización intrínseca. Los efectos de su activación son mediados por proteínas adaptadoras transmembrana o citoplásmicas, que no tienen actividad enzimática pero reclutan moléculas efectoras. CD3 y las proteínas adaptadoras poseen dominios de activación de inmunorreceptor basados en tirosina (ITAM), cuya fosforilación permite que las moléculas adaptadoras funcionen como andamios donde se reclutan las moléculas efectoras. Por esta razón, diversas kinasas y fosfatasas tienen un papel crucial en la función del TCR. Se presenta un modelo simplificado (Fig. 12). Como se dijo, cuando los TCR entran en contacto con un antígeno presen-tado en MHC, forman una sinapsis inmunológica. Esta es una estructura muy organizada pero dinámica, que en su forma madura forma un complejo supramolecular de activación (SMAC) de 2 a 3 μm de diámetro, en cuyo centro (cSMAC) se agrupan TCR unidos a MHC y moléculas co-estimuladoras. En su periferia (pSMAC) hay un anillo de moléculas de adhesión (ICAM-1, LFA-1) que estabilizan la sinapsis, y por fuera quedan moléculas activamente excluidas del centro, como las fosfatasas de tirosina CD45 y CD148. La formación de la sinapsis exige una reorganización del citoesqueleto del linfocito. La sinapsis es necesaria para la señalización prolongada (> 4 h), la producción de IL-2 y la proliferación de los linfocitos T activados. La kinasa de la familia src llamada Lck es la principal responsable de la fosforilación de los ITAM de CD3. Lck se encuentra ligada al correceptor CD4 ó CD8 (según el tipo de linfocito T) y contribuye a estabilizar el complejo formado por TCR y CD4 u 8 que se une al MHC clase II o I, respectivamente. Cuando el TCR no está ocupado, Lck es tónicamente inhibida tanto por fosforilación de su extremo C- terminal por la kinasa Csk como por defosforilación de una tirosina en su asa de activación por la fosfatasa PEP. Csk y PEP se localizan en balsas lipídicas mediante su unión a una proteína llamada Cbp ó PAG. Fig. 11: Destinos de los linfocitos Th según las citokinas actuantes. De Reiner SL, Cell 129: 33-36, 2007. El sistema inmune Dr. Fernando D. Saraví 16 Cuando los TCR son ocupados, Csk y PEP son alejadas del TCR, a la vez que la fosfatasa transmembrana CD45 defosforila el sitio inhibidor de Lck. Luego CD45 es trasladada a la periferia, pues su persistencia en cSMAC llevaría a la inhibición de los TCR. La Lck activada fosforila los ITAM de CD3, lo que permite la incorporación de la kinasa ZAP70 (o su análoga Syk), la cual fosforila una proteína adaptadora para activación de linfocitos T (LAT) ligada a la membrana. A su vez, LAT desinhibe a Lck (asa de retroalimentación positiva). Además LAT recluta otras moléculas adaptadoras (Gads, Grb2, y SLP76) y enzimas como la kinasa Itk, fosfatidilinositol 3 kinasa (PI3K), el factor de intercambio de nucleótidos vav-1 y la fosfolipasa Cγ1 (PLCγ1). El factor vav-1 forma parte de varios complejos de señalización. Activa una Rho-GTPasa llamada Cdc42-GTP y es necesario para la función de la sinapsis. Permite la reorganización del citoesqueleto, la expresión de integrinas como LFA-1 que refuerzan la sinal-sis, y contribuye a vías de señaliza-ción como ingre-so de Ca2+, reclu-tamiento de la proteína kinasa C θ (PKCθ) y activación del factor de transcripción N-FAT. Además de vav-1, la activación de N-FAT exige su defosforilación por la fosfatasa regulada por Ca2+- calmodulina llamada calcineurina. La calcineurina expone la secuencia de direccionamiento al núcleo de N-FAT. La PLCγ1 produce diacilglicerol e inositol trifosfato a partir de difosfato de fosfatidilinositol de la membrana. El inositol trifosfato produce liberación de Ca2+ del retículo endoplásmico. La concentración citosólica de Ca2+ ([Ca2+]i) aumenta 100 veces en pocos segundos y se mantiene elevada aunque con oscilaciones por ingreso de Ca2+ extracelular que es incorporado al retículo endoplásmico. El diacilglicerol activa la PKCθ, que fosforila residuos de serina o treonina. En la célula en reposo, el NF-κB está ligado a un inhibidor (IκB) que debe ser fosforilado para que se disocie de NF-kB y éste pueda migrar al núcleo. La PKCθ activa la kinasa del IκB, IKK, pero para que IKK migre a la sinapsis y se active se requiere la formación de otro complejo de proteínas adaptadoras llamado CBM (CARMA-1, Bcl10 y MALT-1) junto con la proteína adaptadora de adhesión y desgranulación (ADAP). La formación del complejo es iniciada por la fosforilación de CARMA-1 por la PKCθ. Fig. 12: Sinapsis inmunológicas y activación del TCR. De Cronin y Penninger, Immunol Rev 220: 151- 168, 2007. El sistema inmune Dr. Fernando D. Saraví 17 Moléculas co-estimuladoras. La activación de linfocitos T requiere señales adicionales a la interacción entre péptido antigénico-MHC y TCR-correceptor CD4 ó CD8. Esta interacción aumenta la expresión de la molécula ligando de CD40 (CD40L) en el linfocito, que se liga al CD40 de la CCDD. La unión CD40L-CD40 hace que la CCDD exprese un grupo de ligandos llamado B7, como CD80 (B7.1) y CD86 (B7.2). Estos se unen en el cSMAC a CD28 del linfocito. CD28 no tiene actividad enzimática, pero posee ITAM, que son fosforilados por kinasas src con tres consecuencias. Primero, el CD28 fosforilado recluta fosfatidilinositol-3-kinasa (PI3K) que activa Akt (proteína kinasa B). Akt estimula la transcripción de NF-kB y favorece la producción de IL-2. Segundo, CD28 amplifica la señal originada en el TCR porque favorece la fosforilación de vav-1 y PLCγ1. Tercero, CD28 promueve la supervivencia y la división celular por aumentar la proteína antiapoptótica Bcl-XL y la degradación de inhibidores del ciclo celular. Los efectos sinérgicos de TCR y CD28 contrarrestan señales inhibitorias que normalmente restringen la activación inadecuada del linfocito (por ejemplo, las originadas por Cbl-b; ver TOLERANCIA INMUNOLÓGICA). Recientemente se ha demostrado que otros pares de moléculas participan en la co- estimulación, como PD1/PD1L, ICOS/ICOSL, OX40/OX40L y 4-IBB/4-IBBL, pero no serán tratadas aquí. CLASES DE LINFOCITOS CD4+ Y SUS FUNCIONES Th1. Otorgan protección contra bacterias intracelulares y ciertos virus por activación de macrófagos y de la actividad citolítica de linfocitos NK y CD8. Las principales citokinas que producen son IL-2, IFNγ y linfotoxina α. Th2. Participan contra infecciones por helmintos. Sus citokinas características son IL-4, IL-5, IL-9 e IL-13. Estas activan los eosinófilos y favorecen la expulsión de los helmintos. Además los Th2 participan de manera fundamental en la regulación de los linfocitos B y, por tanto, en las respuestas inmunes específicas mediadas por anticuerpos. Th17. Protegen contra bacterias extracelulares y algunos hongos. Producen citokinas IL-17 e IL- 22 que son proinflamatorias y otras que reclutan granulocitos, como GM-CSF. La IL-23 estimula la actividad de LTh17 ya diferenciados por la acción de TGF-β e IL-6. Treg. Mantienen la tolerancia hacia lo propio en la periferia y limitar las respuestas excesivas (posiblemente nocivas) contra antígenos extraños. Sus citokinas características son IL-10 y TGF-β. Hay varias clases: 1) Th3, inducida por la administración oral de antígenos; produce TGF-β. 2) Tr1 es inducida por IL-10 y produce la misma citokina. 3) Los linfocitos CD4 CD25 FoxP3 se producen en los corpúsculos de Hassal del timo pero también en la periferia, y en este caso se llaman Treg adaptativos (aTreg). Th3 y Tr1 no expresan FoxP3.Su acción supresora reduce las respuestas de Th1 y Th2 mediante TGF-β e IL-10 solubles, de manera no específica para un antígeno ni por clase de MHC. Por el contrario, los Treg CD4 CD25 FoxP3 suprimen la proliferación de linfocitos T efectores de manera específica para un antígeno. LINFOCITOS T CITOTÓXICOS Los Tc monitorean constantemente los tejidos para destruir toda célula que amenace la integridad del organismo, como las infectadas por virus y las neoplásicas. Los Tc se activan a través por expresión de epitopos montados en MHC clase I en las células anormales o en CCDD, mediante una vía alternativa de “presentación cruzada”. Los siguientes pasos críticos son la activación, la expansión clonal y la diferenciación de los linfocitos T CD8. El co-receptor CD8 es a la vez una molécula de reconocimiento y un iniciador de transducción intracelular. Las células T CD8 vírgenes requieren moléculas co-estimuladoras como CD28. La activación del TCR y la co-estimulación de CD28 induce receptores para IL-2, citokina necesaria para la respuesta. Las células CD8 experimentadas (con memoria) poseen la capacidad de activarse por ocupación del TCR, con menores exigencias de co-estimulación. Los linfocitos T CD8 vírgenes circulan sólo entre la sangre y los tejidos linfáticos, mientras que las experimentadas por contacto previo con un antígeno pueden ingresar en otros tejidos. Estas últimas sufren diferenciación en células T CD8 de memoria, que no tienen actividad citolítica pero pueden proliferar y producir citokinas frente al antígeno, y células T CD8 efectoras que son potentes citolíticas pero producen escasas citokinas. Existen tipos intermedios (efectoras y de memoria) que producen citokinas y conservan actividad citolítica. Los diversos tipos de linfocitos T CD8 pueden distinguirse por diversos marcadores. Los Tc pueden matar las células blancos por tres diferentes mecanismos. Uno es mediado por citokinas solubles como TNFα (que activa caspasas e induce apoptosis) e IFN-γ (que activa en la célula blanco la transcripción de MHC clase I y un receptor de la muerte, Fas). Los otros dos exigen contacto estrecho entre la célula ejecutora y su víctima. Una vía es a través del ligando de Fas expresado en el Tc, que inicia la apoptosis de la célula blanco mediante la cascada de caspasas. En el tercer mecanismo citolítico, el Tc libera sobre la membrana de la célula blanco gránulos lisosomales con perforina y granzimas en un espacio restringido de su superficie llamado dominio secretorio, exactamente en una hendidura central de la zona de contacto (Fig. 13). Esto produce alta El sistema inmune Dr. Fernando D. Saraví 18 concentración de citotóxicos sobre la membrana blanco, a la vez que minimiza la probabilidad de difusión de citotóxicos a células vecinas. En presencia de Ca2+ la perforina se polimeriza y forma un poro en la membrana de superficie, o en vesículas que la célula blanco endocita, lo que permite el ingreso de granzimas, las cuales causan apoptosis. Por razones poco claras, los Tc no son afectados por sus propios tóxicos, y luego de matar una célula anormal se desprenden de ella y buscan otros blancos. MANTENIMIENTO DE LAS POBLACIONES DE LINFOCITOS T El conjunto de linfocitos T periféricos debe mantener un equilibrio entre las células con memoria que permitan una rápida reacción ante infecciones repetidas y células vírge-nes que puedan responder a nuevos patógenos. Los linfocitos T vírgenes requieren ocupación de su receptor e IL-7 para sobrevivir. La exposición a un nuevo antígeno expande la subpoblación relevante de linfocitos T vírgenes y promueve su diferencia-ción hacia un fenotipo efector. Una vez eliminada la infección, la mayoría de las células activadas sufre apoptosis, y las sobrevi- vientes pasan a formar parte del conjunto de linfocitos T con memoria. Los linfocitos T con memoria no requieren la ocupación del TCR para su supervivencia, pero sí citokinas, en particular IL-15 para los CD8 e IL-7 para los CD4. Además, en los CD4+ la señalización mediante TCR – aunque no indispensable – actúa sinérgicamente con IL-7 para mantener óptima capacidad de respuesta. Se distinguen dos subpoblaciones de linfocitos T CD4 con memoria, llamadas centrales (TCM) y efectoras (TEM), con diferentes marcadores y propiedades funcionales. Los linfocitos TCM circulan por el sistema linfático y sanguíneo pero se alojan preferentemente en los ganglios linfáticos por expresar CCR7 y CD62L. Carecen de capacidad efectora inmediata, pero al ser estimulados producen IL-2. Su vida es prolongada, en parte por alta expresión de moléculas anti-apoptóticas. Por otra parte, los linfocitos TEM tienden a alojarse en los tejidos, y expresan diversas moléculas efectoras (como IFNγ) y pro-apoptóticas. Por razones obvias, en las primeras etapas de la vida predominan los linfocitos T vírgenes. En el adulto joven las poblaciones de linfocitos T vírgenes y con memoria están equilibradas. En el anciano predominan los linfocitos T con memoria. La declinación de la población de vírgenes se debe a su menor producción, en parte por envejecimiento de la médula ósea, pero principalmente por involución del timo. Linfocitos B e inmunoglobulinas Los anticuerpos o inmunoglobulinas (Ig) son glicoproteínas que se ligan específicamente a antígenos y son capaces de desencadenar diversas respuestas. Existen cinco isotipos llamados G, A, M, D y E. Se describirá Fig. 13: Citotoxicidad mediada por perforina y granzimas. De Bolitho y col., Curr Opin Immunol 19: 339-347, 2007. El sistema inmune Dr. Fernando D. Saraví 19 la estructura de la IgG – aprox. 80 % de las Ig plasmáticas – y luego se notarán las semejanzas y diferencias con los otros isotipos. La IgG (150 kDa) tiene dos cadenas pesadas (H) de 446 aminoácidos y dos cadenas livianas (L) de 214 aminoácidos. Los genes de las cadenas H se hallan en 14q32 y los de las cadenas L en 2p12 (λ) y 22q11 (κ). Las cadenas están unidas entre sí por puentes disulfuro. La molécula se asemeja a una Y, cuyo tallo está formado sólo por las cadenas H, y cada una de cuyas ramas tiene el resto de una cadena H y una cadena L completa (Fig. 14). Los 109 aminoácidos N-terminales de las cadenas H y L forman la región variable, que confiere especificidad para un antígeno. El resto de cada cadena, del lado C-terminal, es constante. Las cadenas H tienen tres dominios constantes (CH1, CH2 y CH3). Entre CH1 y CH2 hay un área de articulación (bisagra) que le da cierta flexibilidad a la molécula. La IgG tiene cuatro tipos de cadenas H que determinan las subclases IgG1 a IgG4. Las cadenas L son de dos clases llamadas lambda (λ) y kappa (κ). La enzima papaína escinde la molécula en un fragmento Fab que incluye las ramas de la Y, que se unen al anticuerpo, y un fragmento Fc, que es reconocido por receptores presentes en macrófagos, neutrófilos y linfocitos NK. El dominio CH2 tiene una región de unión al C1q del complemento mediante el que activa la vía clásica (la IgG4 también puede activar la vía alternativa). Las regiones variables de la Ig reconocen el antígeno, y las regiones constantes de la cadena H determinan cómo el antígeno ha de ser eliminado del cuerpo. La IgA es sólo 10 % de las Ig séricas, pero es la más abundante en las secreciones (lágrimas, saliva, otras secreciones digestivas, semen, calostro y leche), donde tiene potente actividad antiviral. En las secreciones es un dímero unido por una molécula de unión (J) y una proteína secretora (SC). Puede activar el complemento por la vía alternativa. La IgM en plasma es generalmente un pentámero (950 kDa) unido por la molécula J. Es el tipo de Ig producido por el recién nacido y el primer tipo de Ig que se produce frente a un antígeno nuevo (respuesta primaria). Tiene cuatro dominios constantes, de los cuales CH4 activa el complemento por la vía clásica. Como monómero fijo en la membrana de linfocitos B actúa como receptor antigénico(BCR). El otro BCR presente en linfocitos B es de IgD, escasísima en el plasma. A diferencia del TCR, que sólo identifica epitopos de antígenos procesados y presentados por el MHC, el BCR y las Ig en general pueden reconocer epitopos en antígenos intactos. Finalmente, la IgE es un monómero (190 kDa) escaso en plasma, que se liga por su Fc a basófilos y mastocitos y los activa frente a la exposición del antígeno correspondiente; es responsable por las reacciones de hipersensibilidad tipo I. DIFERENCIACIÓN DE LOS LINFOCITOS B En los mamíferos, la especificación de los linfocitos B se produce en la médula ósea y requiere la expresión de receptores para citokinas Flk2/Flt3 e IL-7R y de factores de transcripción E2A y EBF. Estos factores y una kinasa dependiente de inositol (IRE-1) inician un fenómeno exclusivo de los linfocitos B, El sistema inmune Dr. Fernando D. Saraví 20 que es la síntesis de la cadena H de Ig. La transcripción de la cadena H está sujeta a exclusión alélica (como el TCR). En los precursores de linfocitos, el ADN que codifica la cadena H está condensado y metilado, con sus histonas desacetiladas. Con la diferenciación, estas marcas epigenéticas se revierten para un alelo y los genes de la cadena H comienzan a transcribirse. Se estima que pueden existir aprox. 1014 Ig con diferente especificidad antigénica. Esta enorme variedad se inicia mediante el fenómeno de recombinación de los dominios variables (V, D, J) de la cadena H, que es similar al mencionado para el βTCR. En cada pro-linfocito B, uno de cada uno de los genes que codifican regiones V (123 genes), D (27 genes) y J (6 genes) de la cadena H son cortados al azar y empalmados con una unión que es imprecisa debido a pequeñas deleciones o adiciones. La diversidad de estas zonas de unión multiplica la variedad de antígenos que podrían ser reconocidos por recombinación exacta de los segmentos codificantes. Los empalmes se deben a los productos de los genes RAG1 y RAG2 mencionados para el TCR. También participan otras moléculas, como proteínas de empalme de extremos no homólogos (NHEJ). Las secuencias codificantes a empalmarse están flanqueadas por secuencias de señal de recombinación (RSS) que localizan la acción de las RAG. Las RSS están formadas por 7 y 9 pares de bases, separadas por espaciadores de 12 (para D) o 23 pares de bases (para V y J). La recombinación se produce entre secuencias codificantes con espaciadores de diferente longitud (regla 12/23): Primero D con J y luego V con DJ. Como los empalmes variables pueden alterar el marco de lectura, sólo un tercio de las recombinaciones VDJ son funcionales (si no lo son, se repite el proceso en el alelo inicialmente excluido). Los RSS son quitados por la formación de una horquilla de su ADN (Fig. 15). Cuando aparece una cadena H funcional, se expresa una cadena L sustituta (λ5/v-preB) que con la cadena H constituye una forma transitoria de receptor de linfocito B (pre-BCR). El pre-BCR es necesario para continuar la diferenciación. Su expresión causa una fase de rápida proliferación durante la cual, en cada célula del clon, comienza independientemente un proceso de recombinación en las cadenas livianas (VL y JL). La recombinación al azar de las cadenas L en cada célula aumenta la variedad de especificidades antigénicas. Al completarse permite formar un BCR de IgM, con lo que la célula pre-B se torna un linfocito B inmaduro que abandona la médula ósea. En esta etapa comienza también a expresar también IgD en su membrana, por empalme alternativo de la cadena H. Se cree que la IgD sirve para la regulación fina de las respuestas inmunes, en particular el umbral de activación o supresión frente al antígeno. El repertorio antigénico de los linfocitos inmaduros se establece en varias etapas de transición en los órganos linfoides secundarios (bazo, ganglios y MALT). Primero viajan por la sangre hacia el bazo, donde se ubican en la región periarteriolar de la pulpa blanca. Esta localización requiere el factor de transcripción OCT2 y su coactivador OBF1. En el bazo hay pérdidas sustanciales de linfocitos debido a selección negativa de las células autorreactivas, o por falta de selección positiva. El señalamiento a través del BCR y del factor activador de célula B (BAFF, de la familia del TNF) que actúa sobre el receptor BR3 promueve sinérgicamente la supervivencia por inhibición de la apoptosis. Entonces los linfocitos B de transición se diferencian en El sistema inmune Dr. Fernando D. Saraví 21 linfocitos B foliculares, que se ubican en los folículos del bazo o los ganglios linfáticos, o en linfocitos de la zona marginal del bazo (MZ). Los linfocitos B MZ pueden responder rápido (horas) y sin ayuda de linfocitos Th frente a antígenos circulantes, pero la respuesta es breve (días) y sus anticuerpos de baja afinidad. Se cree que dan tiempo para la respuesta más lenta (días) pero más específica y prolongada de los linfocitos B foliculares, que requiere la colaboración de linfocitos Th (Fig. 16). Hay una tercera población de linfocitos B llamados B1 que, como los MZ, responden con baja especificidad y expresan en su membrana IgM. Los linfocitos B1 predominan en el período fetal y neonatal, pero son escasos en el adulto. Los linfocitos B1 se diferencian sin haber sido expuestos a antígeno, mientras que los B foliculares y MZ requieren exposición al antígeno, y se los llama en conjunto B2. En la diferenciación de linfocitos B2, una estimulación leve del BCR y los factores de transcripción Notch-2 y Aiolos favorecen la vía hacia la MZ, mientras que una estimulación más intensa del BCR y la expresión de MINT (antagonista de Notch-2) promueven la diferenciación folicular. LINFOCITOS B FOLICULARES Los folículos primarios están formados por linfocitos B que expresan IgM e IgD, un tipo especial de CCDD (llamadas foliculares), un subgrupo de linfocitos Th y macrófagos. Frente al antígeno específico, los linfocitos B maduros pero vírgenes aumentan la expresión del receptor para quimiokina 7 (CCR7), lo cual los atrae hacia la zona de células T que rodea los folículos, debido a la presencia de los ligandos de CCR7 llamados CCL19 y CCL21 en el estroma de la zona T. En esa región se producen dos sinapsis inmunoló- gicas fundamentales. En la primera, las CCDD pre-sentan el antígeno a linfocitos Th, lo cual estimula su expansión clonal. En la segunda sinapsis los linfocitos B presentan el antígeno procesado en MHC clase II al clon de linfocitos Th, y éstos a su vez estimulan a los linfocitos B mediante CD40L (que actúa sobre el receptor CD40) a transformarse en linfoblastos B. Debe notarse que los linfocitos Th foliculares son un subgrupo especial llamado TFH, diferentes de los linfocitos Th1 y Th2 mencionados antes, que expresan una combinación de factores indispensables para colaborar con los linfocitos B foliculares. Los linfocitos TFH y linfoblastos B activados expresan el receptor CXCR5, que los atrae hacia los folículos donde el estroma y las CCDD expresan su ligando CXCL13. Aquí las CCDD foliculares proporcionan señales proliferativas, mientras que los linfocitos Th inducen cambios que aumentan la especificidad antigénica y promueven la diferenciación de los linfoblastos hacia células plasmáticas o linfocitos B con memoria. Los linfocitos B activados ocupan el centro del folículo, para desarrollar un centro germinal. En el proceso, desplazan a la periferia los linfocitos B no activados del folículo primario, que se disponen como El sistema inmune Dr. Fernando D. Saraví 22 un manto o corona rodeando el centro. La corona y el centro germinal forman un folículo secundario. El centro de cada folículo secundario tiene cerca de 104 linfocitos B derivados de 1 a 3 clones. En órganos linfoides muy expuestos a antígenos (el bazo, MALT y ganglios mesentéricos, pero no otros ganglios linfáticos), los folículos secundarios están rodeados de una MZ.En el centro germinal los linfocitos forman centroblastos, que son células grandes de núcleo redondo con 1 a 3 nucleolos notables y escaso citoplasma. Estas células carecen de Ig (BCR) en su membrana y requieren señales de supervivencia de las CCDD foliculares: ligando de CD 44, ICAM-1 y VCAM, que actúan sobre CD44, LFA1 y VLA4 de la membrana plasmablástica. Las CCDD también les proporcionan señales antiapoptóticas (BAFF) y proliferativas (IL-15 y 86D). En los plasmablastos proliferan, se producen dos importantes cambios, llamados hipermutación somática y recombinación de cambio de clase (isotipo) de Ig. La enzima citidina deaminasa inducida por activación (AID) es imprescindible para ambos fenómenos, pero se desconoce aún su mecanismo de acción preciso. Hipermutación somática. Consiste en alteraciones al azar de las secuencias génicas por cambios, deleciones o duplicaciones de bases que modifican selectivamente la estructura de la región variable de las cadenas H y L de Ig. Las mutaciones se producen por roturas de las cadenas de ADN que en la fase G2 del ciclo son reparadas por una polimerasa propensa a errores. El 90 % de estas mutaciones reduce la afinidad por el antígeno presentado por las CCDD foliculares, por lo cual las células que las poseen sufren apoptosis y son fagocitadas por los macrófagos foliculares. Sólo sobrevive la minoría cuya afinidad por el antígeno aumenta como resultado de la hipermutación. Recombinación de cambio de isotipo (CSR, de class switch recombination) Es el proceso de cambio en la clase de Ig producida, de IgM/IgD a IgG ó IgA (raramente a IgE) por modificación de los genes de la cadena H. El cambio de isotipo mejora la respuesta inmune porque la IgG y la IgA poseen funciones de las que carecen la IgM o la IgD. En el cromosoma 14, los genes de la cadena H se encuentran en la secuencia VDJ (región variable) y luego las regiones constantes que determinan cada isotipo, en este orden: M, D, G (las cuatro subclases), E y A. Entre ellas existen secuencias de CSR de 2 a 12 kb. Mediante un complejo enzimático y un asa de ARN que separa las hebras del ADN, se producen cortes en el ADN entre la secuencia de CSR de la cadena M (llamada donante) y otra secuencia de CSR distal llamada aceptora. En esta forma de recombinación, las porciones correspondientes a M, D y otras según el cambio de isotipo (determinadas por la secuencia CSR aceptora) son cortadas de la cadena de ADN y sus extremos pegados entre sí como un asa, lo que evita su reinserción. Luego se empalma la cadena de ADN entre la región VDJ y la que contiene el isotipo definitivo. PLASMOCITOS Y LINFOCITOS B CON MEMORIA La respuesta a la primera exposición a un antígeno se denomina respuesta primaria. Luego de la hipermutación somática y el CSR, los centroblastos que sobreviven en el centro germinal salen del ciclo celular y se diferencian en células pequeñas llamadas centrocitos. Los centrocitos poseen BCR con la nueva y más específica Ig. Los centrocitos poseen en su membrana una serie de moléculas que les permiten relacionarse con los linfocitos TFH, a los cuales presentan el antígeno. Los centrocitos con mayor afinidad son seleccionados y reciben señales para diferenciarse en plasmocitos (células plasmáticas) o linfocitos B con memoria que se encargan de montar una respuesta más eficaz frente a un nuevo ingreso del antígeno. Si la exposición al antígeno es persistente, los linfocitos TFH también pueden estimular a los centrocitos a reingresar al ciclo celular como centroblastos. Las células plasmáticas se alojan en la médula ósea. Poseen un enorme desarrollo del retículo endoplásmico rugoso que las capacita para producir la Ig específica, no para expresarla en su membrana El sistema inmune Dr. Fernando D. Saraví 23 como parte del TBR, sino para exportarla en gran cantidad, como anticuerpos solubles. Cada plasmocito secreta aprox. 7 millones de moléculas de Ig por hora. Los linfocitos B con memoria permanecen en los centros germinales, donde sobreviven gracias a señales provenientes de las CCDD foliculares. Esto les permite generar, frente a una nueva exposición al antígeno específico, una respuesta secundaria que es más rápida, específica e intensa que la respuesta primaria (Fig. 17). Esta propiedad de efectuar respuestas más eficaces frente a la exposición reiterada a un antígeno es la base de la inmunización por vacunación contra ciertas enfermedades. A diferencia de los linfocitos B foliculares, los MZ no originan células con memoria, sino sólo plasmocitos de vida breve. La capacidad de generar linfocitos T con memoria se vincula con la interacción entre linfocitos B y TFH en el centro germinal (vía CD40 y CD40L) y un microambiente rico en IL-4. ESTRUCTURA Y FUNCIONES DEL RECEPTOR DE LINFOCITO B (BCR) El BCR está formado por una molécula de Ig anclada a la membrana (mIg) y dos moléculas asociadas en forma no covalente, llamadas Ig-α (CD79a) e Ig-β (CD79b), que forman entre sí un heterodímero (Fig. 18). Ig-α e Ig-β son necesarios para direccional la Ig hacia la membrana y para transducir las señales originadas por ocupación de los sitios receptores antigénicos de la mIg. Ig-α e Ig-β contienen en su extremo intracelular ITAM. La señalización por el BCR tiene una semejanza general con la del TCR antes descrito, pero difiere en diversos detalles. Iniciación de la señal. La fosforilación es iniciada por kinasas de la familia src (principalmente Lyn) ancladas a la membrana por acilación, cuyo extremo N-terminal interactúa con los ITAM. Cuando ambas tirosinas de un ITAM son fosforiladas, ligan la kinasa Syk. A su vez Syk permite la incorporación al complejo de una molécula adaptadora llamada BLNK, que actúa como andamio para el ensamble de otras moléculas señaladoras. La iniciación es favorecida por la fosfatasa CD45, que quita residuos fosfatos inhibitorios de la kinasa Syk. Los BCR activados se acumulan en microdominios de membrana ricos en glicoesfingolípidos (balsas lipídicas). Aquí la activación se intensifica, aunque es limitada por la tirosina kinasa del C- terminal de src, abreviada Csk. Propagación y modulación de la señal. La agregación de BCR en balsas lipídicas lleva a la formación de complejos de señalización multiproteicos, cuya regulación define la intensidad y calidad de la señal. La BLNK recluta la tirosina kinasa de Bruton (Btk). Esto requiere la producción local de 3,4,5 trifosfato de fosfatidilinositol (PIP3), catalizada por la kinasa PI3K. A su vez, la actividad localizada de PI3K es posible porque por acción de Lyn, esta enzima se liga a CD 19 en un complejo correceptor formado por CD19, CD21 y CD81. La unión secuencial de Lyn, Syk, Btk y la adaptadora BLNK al complejo BCR permite el siguiente paso que a la vez amplifica y diversifica la señal. BLNK incorpora la fosfolipasa Cγ2, que produce diacilglicerol e inositol trifosfato. El diacilglicerol activa la proteína kinasa C y el inositol trifosfato produce liberación de Ca2+ del retículo endoplásmico. El aumento de Ca2+ en el citosol es necesario para la activación de los factores de transcripción NF-κB y N-FAT. Además de la citada fosfolipasa Cγ2, otras moléculas asociadas a BLNK, como vav (factor intercambiador de guanina) y Grb2, contribuyen a la activación de la familia de kinasas activadas por mitógenos, que incluye ERK, JNK y p38. El conjunto fosforila varios grupos de factores de transcripción. Fig. 18: Receptor del linfocito B y principales vías de señalización intracelular que activa. El sistema inmune Dr. Fernando D. Saraví 24 Vav también contribuye a cambios en el citoesqueleto del linfocito. Por su parte, la proteína kinasa B, también llamada Akt, suprime el efecto de la proteína pro-apoptótica Bad. Se indicó que CD45 y Cd19 favorecen la señalización. Por su parte, CD22, un receptor para Fc (FcγR2B, que se trata luego) es inhibitorio. La acción de estos y otros inhibidoresevita respuestas excesivas. CD22 es una proteína transmembrana tipo inmunoglobulina de la familia de las lectinas, que contiene motivos de inhibición de inmunorreceptor basados en tirosina (ITIM) que, al ser fosforilados, reclutan una fosfatasa que puede defosforilar Ig-α e Ig-β, Syk, BLNK y vav. La kinasa que fosforila los ITIM es Lyn, que de este modo por un lado contribuye a activar el receptor y por otro lado limita la activación mediante CD22. Funciones del BCR. La activación del BCR inicia señales que pueden estimular la función de los linfocitos B o inhibirla. Según la etapa de diferenciación y el ambiente de citokinas o contactos de célula a célula, puede mediar los siguientes efectos: 1. Expansión clonal de linfocitos B con recombinaciones VDJ productivas. 2. Deleción de clones con reactividad con antígenos propios. 3. Supervivencia de linfocitos B periféricos. 4. Activación de los linfocitos frente a un antígeno no propio. 5. Anergia (falta de respuesta) frente a un antígeno propio. 6. Diferenciación en linfocitos B con memoria. 7. Diferenciación (terminal) en células plasmáticas. RECEPTORES PARA FC DE INMUNOGLOBULINA G Existen dos clases de receptores para el Fc de la IgG, el llamado neonatal (FcRn) y el receptor FcγR. Estos receptores no están relacionados entre sí, se unen a partes diferentes del Fc y cumplen funciones diferentes. El FcRn se expresa durante la vida fetal en el sincitiotrofoblasto humano, y permite la transferencia de IgG materna hacia el feto, lo cual le proporciona a éste inmunidad pasiva a los antígenos a los que ha estado expuesta la madre. La afinidad del FcRn por la IgG es mayor a pH 6.50 que al pH del líquido extracelular (7.40). En el sincitiotrofoblasto, la IgG es incorporada en endosomas cuyo contenido es acidificado, lo cual hace que la IgG se una al FcRn. La vesícula se fusiona luego con la membrana del lado fetal, donde el mayor pH induce la liberación de IgG. El FcRn puede luego reciclarse. Llamativamente, el FcRn se expresa también en el adulto, donde prolonga la vida media de la IgG. Los FcRn del endotelio del músculo esquelético y la piel, y células mieloides como fagocitos y algunas CCDD son los principales responsables. La IgG tiene una vida media de 7 días, mientras que para las demás Ig circulantes es de 1 día. En ratones cuyo gen FcRn es anulado, la IgG tiene una vida media de 1 día. Existen otras posibles funciones del FcRn en el control de patógenos intestinales, movimientos de la IgG en las vías aéreas y las neuronas, mantenimiento de la permeabilidad glomerular renal y exclusión activa de la IgG en el sistema nervioso. La clase de los FcγR pertenece a la superfamilia de las inmunoglobulinas y comprende seis subtipos llamados FcγR1, FcγR2A, FcγR2B, FcγR2C, FcγR3A y FcγR3B. Todos son glicoproteínas transmembrana tipo I con excepción del FcγR3B, que es anclado a la membrana por glicosilfosfatidilinositol y se expresa solamente en los neutrófilos. La porción extracelular tiene dos dominios tipo inmunoglobulina, excepto para el FcγR1, que posee tres. Probablemente por eso el el FcγR1 posee 100 a 1000 veces mayor afinidad por el Fc de la IgG que los demás subtipos. Los FcγR se unen al Fc intercalándose entre las dos cadenas que lo componen en relación 1 a 1. Los FcγR estimulan sus blancos celulares, excepto el FcγR2B que es un inhibidor con importantes funciones. Con excepción de los linfocitos T, todos los leucocitos tienen uno o más tipos de FcγR. La mayoría de los FcγR activadores se acopla con los mecanismos efectores intracelulares de manera similar a los BCR, es decir, mediante ITAM cuya fosforilación recluta kinasas (incluidas Syk, Lyn y PI3K) y fosfolipasa C, las cuales inician vías múltiples de señalamiento que modifican la transcripción génica. Para poder iniciar estas señales, los FcγR deben polimerizarse por ligaduras cruzadas, lo cual es posible solamente cuando se unen a diferentes fragmentos Fc de un complejo inmune, en el cual el antígeno está unido a múltiples moléculas de IgG. Esto evita la activación inapropiada por monómeros de Ig G solubles. La activación de FcγR estimulantes tienen múltiples efectos, que regulan directamente la función de casi todas las células inmunológicas e indirectamente la función de los linfocitos T (Fig. 19). Los inmunocomplejos también estimulan la fagocitosis por parte de granulocitos y macrófagos. Asimismo, los linfocitos NK poseen FcγR3A, que los torna efectores de citotoxicidad mediada por anticuerpos. El sistema inmune Dr. Fernando D. Saraví 25 La interacción entre inmunidad específica e inespecífica mediada por FcγR es fundamental para una respuesta inmune eficaz. Además facilitan la fagocitosis de inmunocomplejos y el procesamiento del antígeno por parte de las CCDD, para su presentación a las diversas clases de linfocitos T. Los receptores inhibitorios FcγR2B también deben formar enlaces cruzados mediados por inmunocomplejos para iniciar señales intracelulares. Estos receptores sólo están ausentes en linfocitos T y NK. Los FcγR2B poseen ITIM cuya fosforilación recluta fosfatasas, como SHIP y SHP-1, que frenan respuestas excesivas entre los efectores de la inmunidad inespecífica. Además inhiben la maduración espontánea de CCDD en condiciones normales (no inflamatorias). Los efectos de los FcγR sobre las CCDD en su capacidad de presentar antígenos y expresar factores estimulantes tornan a los FcγR importantes reguladores indirectos de la inmunidad específica mediada por células. Los efectos son directos en la inmunidad mediada por anticuerpos. En los linfocitos B, el FcγR2B puede formar ligaduras cruzadas con el BCR (mediadas por inmunocomplejos). Solamente los linfocitos cuyo BCR posea alta afinidad por el antígeno sobreviven a la señal inhibitoria; el resto sufre apoptosis. Por su parte, los plasmocitos no poseen BCR pero sí FcγR2B. Los inmunocomplejos generados frente a un nuevo antígeno pueden unirse a los FcγR2B de los plasmocitos e inducir su apoptosis. Esta propiedad es importante para evitar la perpetuación innecesaria de determinados plasmocitos. El FcγR2B también participa en la regulación de la TOLERANCIA INMUNOLÓGICA. Regulación del sistema inmune TOLERANCIA INMUNOLÓGICA La tolerancia inmunológica es un conjunto de procesos tendientes a evitar las reacciones linfocitarias contra antígenos propios. Existen tres mecanismos de tolerancia para los linfocitos T y B: El sistema inmune Dr. Fernando D. Saraví 26 1. Edición del receptor específico (TCR ó BCR). 2. Deleción clonal. 3. Anergia Durante el desarrollo, la maduración y la eventual activación de los linfocitos hay una serie de puntos de control cuya función es suprimir respuestas inadecuadas. Se distingue una tolerancia central que se establece en los órganos linfoides primarios, y una tolerancia periférica que regula la reactividad de linfocitos maduros en los órganos linfoides secundarios (Fig. 20). Tolerancia central. Como se describió antes, la tolerancia central es establecida en el timo para los linfocitos T y en la médula ósea para los linfocitos B. Los mecanismos incluyen edición del receptor (TCR ó BCR) por reactivación de RAG y generación de receptores con menor autorreactividad. Si esto fracasa, generalmente los precursores sufren apoptosis. El tercer mecanismo es permitir la sobrevida de los linfocitos pero suprimir su capacidad de respuesta y de proliferación (anergia). Tolerancia periférica. Los mecanismos de tolerancia periférica se clasifican en intrínsecos de los propios linfocitos y extrínsecos, estos últimos procedentes de citokinas como TGFβ e IL-10, CCDD y linfocitos Treg. Se conocen varios factores intrínsecos en los linfocitos T: 1. CD5. Es un receptor que se expresa en función de la autorreactividad del TCR. Recluta fosfatasas (SHP1 y SHIP) que antagonizan la activación originada por el TCR. 2. CTLA-4 (antígeno 4 de linfocitos T citotóxicos ó CD 152). Esuna proteína de membrana que se une a la familia B7 de las CCDD (como CD80) pero bloquea competitivamente la unión de la molécula co-estimuladora CD28. Tiene un papel importante en regular el umbral de activación de los linfocitos T y en terminar la activación originada en la sinapsis. 3. PD-1 y BTLA (atenuador de linfocitos T y B). Son receptores con ITIM, que son fosforilados y activan fosfatasas como SHP2 cuando se unen a un miembro de la familia B7. 4. Cbl-b. Es una ligasa de ubiquitina E3 capaz de ubiquitinar diversas moléculas que participan en la activación del TCR, como Grb2, PI3K y vav-1. El Cbl-b es regulado en más en linfocitos T anérgicos. En su ausencia, los linfocitos T se activan por ocupación del TCR sin necesidad de co- estimulación. El sistema inmune Dr. Fernando D. Saraví 27 En los linfocitos B son factores intrínsecos el CD22, el PD-1 y en particular el FcγR2B, receptor inhibidor cuyos efectos se describieron antes. Células presentadoras de antígenos y colaboradoras. En los linfocitos T se produce anergia en dos situaciones. 1) Contacto con el antígeno unido al MHC de células que no son presentadoras profesionales de antígeno. 2) Presentación del antígeno por una célula “profesional” (como CCDD) pero sin co-estimulación. La activación de receptores FcγR2B en CCDD inhibe su maduración e impide la co- estimulación. Los linfocitos T anérgicos tienen bloqueada la activación de kinasas y la capacidad de movilizar calcio. Además expresan ligasas de ubiquitina como Cbl-l. Los linfocitos anérgicos, permanecen así aún cuando luego encuentren una CCDD capaz de co-estimularlos. En los linfocitos B, la incapacidad de obtener ayuda de linfocitos Th produce anergia, incapacidad de migrar a los centros germinales foliculares y acortamiento de la sobrevida. La anergia se mantiene activamente por exposición prolongada al antígeno por CCDD. Linfocitos Treg. Varias clases de linfocitos reguladores limitan la reactividad de los linfocitos T y B, pero los más importantes son los linfocitos T CD4+, CD25+ que expresan el factor de transcripción FoxP3 y producen TGFβ. Son aprox. 4 % de los linfocitos T CD4+. Por mecanismos aún no bien comprendidos, los linfocitos CD4+, CD25+, FoxP3+ suprimen directamente la capacidad de respuesta de los linfocitos T e indirectamente (probablemente por su efecto sobre CCDD foliculares) la de los linfocitos B. TEJIDO LINFOIDE ASOCIADO A MUCOSAS (MALT) Se estima que las mucosas forman en conjunto una interfase de 300 m2 con el ambiente, mucho mayor que la de la piel (aprox. 2 m2). El MALT incluye tejido linfoide asociado a la mucosa nasofaríngea (anillo de Waldeyer), a las vías aéreas y al intestino (GALT, de gut). Este último es el mejor conocido y se tratará aquí. Es posible que todo el MALT comparta ciertos mecanismos, aunque también hay diferencias. El GALT debe conciliar diversas exigencias a las que está expuesto. Debe ser eficaz para evitar las infecciones por patógenos ingresados por vía oral, pero también ser tolerante hacia los antígenos presentes en los alimentos y hacia la flora microbiana normal, cuya naturaleza e importancia se describe brevemente. Flora intestinal normal (FIN). En el feto, el tubo digestivo es microbiológicamente estéril, pero a partir del nacimiento desarrolla una abundante flora microbiana. Los primeros colonizadores son bacterias reductoras, como Enterobacter, que metabolizan oxígeno. Esto permite el asentamiento de anaerobios obligados o facultativos, como lactobacilos, bifidobacterias, Bacteroides y Clostridia. La concentración de bacterias es baja en el medio ácido gástrico y en el duodeno, pero crece a partir del yeyunoíleon hasta alcanzar valores altísimos en el colon (1011 a 1012 bacterias/mL de contenido, un valor más alto que el de cualquier otro ecosistema). El número de bacterias en el tracto digestivo normal es 10 veces mayor que el total de células del cuerpo humano (1014 versus 1013). El 60 % las heces está formada por bacterias. Antes la FIN se llamaba “comensal”. El comensalismo es una relación en el cual una parte se beneficia y la otra no es perjudicada. No obstante, dadas las importantes funciones que cumple la FIN, lo correcto es describir la relación como simbiosis o mutualismo, ya que el organismo humano y las bacterias intestinales se benefician mutuamente. El intestino humano proporciona a las bacterias un hábitat adecuado y nutrientes. Por su parte, la FIN cumple funciones protectoras, estructurales y metabólicas. 1. Protección. La FIN dificulta el asentamiento de patógenos por desplazamiento mecánico, competición por nutrientes, competición por receptores de membrana a través de los que podrían ingresar patógenos, y producción de sustancias tóxicas para algunos patógenos, como ácido láctico y bacteriocinas. Además suprime la respuesta inmune contra sí misma y contra antígenos orales. 2. Estructura. La FIN contribuye a la función de barrera del epitelio y del mucus suprayacente. Fortalece las uniones epiteliales intercelulares, el desarrollo del GALT y la secreción de IgA secretoria (SIgA). Los animales criados en condiciones estériles son más susceptibles a las infecciones intestinales, tienen menos linfocitos en la lamina propria, placas de Peyer menores, menor producción de citokinas menor concentración de Ig plasmáticas, menor vascularización intestinal, menor espesor de la pared intestinal y menor actividad de enzimas digestivas. 3. Metabolismo. La FIN sintetiza vitaminas (folato, biotina), metaboliza carcinógenos dietarios y residuos dietarios no digeribles por el huésped, favorece la proliferación y diferenciación epitelial y la absorción de glucosa y electrolitos. Algunos de los nutrientes generados por el metabolismo bacteriano son aprovechables por el huésped, otorgando un ahorro de energía. Los animales criados en ambiente estéril consumen más alimento pero tienen menos grasa que los normales. El sistema inmune Dr. Fernando D. Saraví 28 Inmunidad inespecífica. Incluye la función de barrera del epitelio, la secreción de mucus que representa otra barrera, en particular para agentes no flagelados, llamada de exclusión no inmune. Muchos micro-organismos se adsorben al mucus y son eliminados por los movi-mientos intestinales (peristalsis). El epitelio produce diversas sustan-cias inorgánicas bacteri-cidas, como HCl en el estómago y especies reactivas del oxígeno y nitrógeno en el intestino. Además secreta molécu-las bactericidas, como lisozima, lactoferrina y defensinas. En las criptas de Lieberkühn, las células de Paneth son una fuente importante de α-defensinas, angiogenina 4 y fosfolipasa A2 secretoria. La lamina propria del epitelio gastrointestinal posee numerosas y diversas células inmunitarias (Fig. 21). Inmunidad específica. El sistema inmune específico vinculado con las mucosas se divide funcionalmente en sitios inductores y sitios efectores de las respuestas inmunes (Fig. 22). Los sitios inductores son principalmente las placas de Peyer del intestino delgado y folículos linfáticos aislados. Estrictamente, sólo estos sitios inductores son el GALT, que muestrea antígenos en las superficies mucosas y recluta de la circulación linfocitos vírgenes que expresan el receptor para linfotoxina β. Los sitios efectores son la lamina propria, el estroma de glándulas exocrinas y el mismo epitelio superficial. En el ser humano el número de placas de Peyer varía con la edad. Alcanzan cerca de 250 en la adolescencia y luego su número decrece. Se estima que existen cerca de 30 000 folículos linfáticos aislados. Las placas de Peyer se asemejan a los ganglios linfáticos, ya que en ellos hay folículos con linfocitos B rodeados de regiones interfoliculares con linfocitos T, diversas clases de CCDD y linfáticos eferentes que drenan en los ganglios linfáticos mesentéricos. El número de linfocitos B es 5 veces mayor que el de linfocitos T. Entre los linfocitos T, los CD4 son 5 vecesmás numerosos que los CD8. Las placas de Peyer carecen de linfáticos aferentes. La incorporación de antígenos de la luz intestinal es mediada por células epiteliales especializadas llamadas M (con micropliegues) que carecen de El sistema inmune Dr. Fernando D. Saraví 29 microvellosidades. Los antígenos, especialmente los particulados, son captados por las células M y presentados a las CCDD y linfocitos subyacentes. Existe un tráfico continuo de CCDD hacia los ganglios mesentéricos. Las CCDD y los linfocitos Th de las placas y los ganglios mesentéricos estimulan la diferenciación de linfocitos B con recombinación de cambio de isotipo hacia la producción de IgA. Esto es favorecido por una alta concentración local de TGFβ e IL-10. Las CCDD también proporcionan direccionamiento a los linfocitos activados, por señales mediadas por ácido retinoico (derivado de la vitamina A) que promueve la expresión de la integrina α4β7, con afinidad por la molécula de adhesión MadCAM expresada en las mucosas y glándulas exocrinas (esto explica que el repertorio completo de IgA aparezca en la leche materna, contribuyendo a la inmunidad pasiva del lactante). El 80 % de las células plasmáticas del organismo están en la lamina propria gastrointestinal, y la producción de IgA (50 mg/kg/día) supera la producción de todas los demás isotipos juntos. En los epitelios y glándulas, la IgA dimérica es captada por un receptor específico llamado pIgR, que se asocia al dímero como componente secretor (SC) para formar inmunoglobulina A secretoria (SIgA). La SIgA cumple funciones protectoras contra patógenos al formar complejos con ellos, que inhiben su adhesión y penetración, fenómeno llamado exclusión inmune. La IgA en la lamina propria puede ligar antígenos que hayan ingresado y favorecer su excreción. Incluso durante su tránsito por el epitelio puede neutralizar antígenos e inhibir la reproducción de virus. Por otra parte, la SIgA puede adherirse selectivamente a las células M (se desconoce el receptor) y ser nuevamente internalizada, lo cual genera respuestas no inflamatorias por parte de las CCDD y CD4. De este modo, la SIgA combina propiedades de un neutralizante de antígenos solubles o particulados con propiedades de un potenciador selectivo capaz de inducir respuestas inmunes sin causar inflamación. Gran parte de los esfuerzos de las células inmunes en el intestino están destinados a evitar respuestas inflamatorias excesivas. Se ha descrito una amplia variedad de linfocitos reguladores (supresores) en las placas de Peyer y la lamina propria. Las CCDD intraepiteliales y los linfocitos intraepiteliales (CD8 que expresan un receptor que los direcciona) parecen tener funciones principal-mente tolerogénicas. El propio epitelio expresa receptores de reconocimiento de patrones (PRR) como TLR y receptores de dominio de oligomerización que liga núcleo-tidos (NOD). En general, los TLR del epitelio están regulados para inducir respuestas tolerogénicas ante la flora normal y antígenos presentes en los alimentos. La activación del receptor NOD2 participa en las respuestas antimicrobianas. PRIVILEGIO INMUNE En ciertas localizaciones, están normalmente atenuados el rechazo de injertos y la inflamación mediada por el sistema inmune. Este privilegio inmune se caracteriza por la restricción del reconocimiento de antígenos extraños, la desviación de la respuesta inmune hacia procesos poco inflamatorios, y el bloqueo activo de la respuesta inflamatoria. La córnea y la cámara anterior del ojo, el sistema nervioso central (SNC) y el útero grávido gozan de privilegio inmune. La importancia biológica en el cerebro y en el ojo radica en que una respuesta inflamatoria excesiva resulta en la muerte de células con escasa capacidad de regeneración. En el útero grávido, el privilegio es indispensable la reproducción, al evitar la reacción contra el concepto. El sistema inmune Dr. Fernando D. Saraví 30 El privilegio no se debe al secuestro del antígeno en las localizaciones citadas, pues los antígenos colocados allí alcanzan los órganos linfoides. En la cámara anterior la respuesta inmune se modifica, con depresión de la respuesta citolítica e inflamatoria, preservación de la respuesta de anticuerpos y aumento de la producción de linfocitos Treg. Inducir este fenómeno requiere la integridad de la cámara, del bazo, del timo, y de la inervación simpática de estas estructuras. Se ha observado un fenómeno similar en el SNC. Una característica común de estos tejidos es la falta de expresión de MHC clase I clásicas (Ia). Por el contrario, expresan moléculas MHC Ib, en particular HLA-E, que activan un receptor inhibidor de linfocitos NK (CD94). El trofoblasto produce una forma soluble de HLA-G capaz de inducir apoptosis en linfocitos T citotóxicos (los linfocitos T hallados en el útero son en su mayoría supresores). Además de HLA clase Ib, las células de los sitios privilegiados expresan proteínas reguladoras del complemento (CRP), que inhiben su activación; y ligandos de receptores de la muerte en linfocitos T, macrófagos y neutrófilos. Además producen moléculas solubles tolerogénicas, como TGFβ, que inhiben la hipersensibilidad mediada por células (retardada). En el útero, el TGFβ presente en el semen en alta concentración es importante para la implantación. El trofoblasto produce además dos dioxigenasas que inducen apoptosis de linfocitos T CD8 por deprivación de triptofano. La inhibición o eliminación de células pro-inflamatorias y la estimulación de Treg limita eficazmente la reacción inflamatoria. INTERACCIONES DEL SISTEMA INMUNE CON LOS SISTEMAS NERVIOSO Y ENDOCRINO Las interacciones entre los sistemas de señalización inmune, nervioso y endocrino son avenidas de dos manos: el sistema inmune afecta la función neuroendocrina y ésta modifica la respuesta inmune (Fig. 23). Efectos neuroendocrinos de la activación del sistema inmune. El sistema inmune inespecífico afecta la función del sistema nervioso y endocrino. Cuando una persona sufre una infección, desarrolla un “síndrome de enfermedad” inespecífico caracterizado por malestar general, fatiga, fiebre, disminución de la actividad motora, aislamiento social, disminución de la ingesta de agua y alimentos (anorexia), aumento de la somnolencia y de la sensibilidad dolorosa, y alteraciones de los ritmos circadianos. Las señales inmunitarias que causan el referido síndrome llegan al SNC por diversas vías: 1. Las citokinas pueden activar directamente aferentes de nervios como el vago (infecciones abdominales) o el trigémino (infecciones nasofaríngeas y orales). Los aferentes vagales llegan al núcleo del tracto solitario, desde donde influencian la función del bulbo ventromedial, el núcleo parabraquial, los núcleos paraventricular y supraóptico del hipotálamo, la amígdala central y el núcleo del lecho de la estría terminal. 2. Los patógenos circulantes pueden activar TLR de macrófagos presentes en los órganos circumventriculares no protegidos por la barrera hematoencefálica (subfornical, vasculoso de la lámina terminal, eminencia media, plexos coroideos y área postrema). Al ser activados, estos macrófagos secretan citokinas que ingresan al SNC. 3. En la barrera hematoencefálica existen transportadores saturables de citokinas. 4. El endotelio de las vénulas cerebrales y macrófagos asociados tienen receptores para IL-1 cuya activación causa producción de prostaglandina E2. La activación de las vías neurales y humorales citadas lleva a la producción de citokinas en el SNC por parte de la microglia. Muchos sitios relacionados con la respuesta a la infección (por ejemplo, en el hipotálamo) tienen receptores para citokinas y para prostaglandina E2. Las principales citokinas responsables del síndrome de enfermedad son IL-1 y TNFα. La IL-6 causa fiebre y puede aumentar la respuesta a IL-1 y TNFα. Por otra parte, la IL-10 y (en el SNC) el factor símil insulina I ó IGF-I secomportan como agentes antiinflamatorios que se oponen a las acciones centrales de IL-1, IL-6 y TNFα. En el SNC normal, los factores pro- y antiinflamatorios estarían equilibrados entre sí. Las señales de infección sistémica (o inflamatorias) modifican la secreción hormonal. El hipotálamo libera más hormona liberadora de corticotropina (CRH) y vasopresina. Ambas estimulan la secreción de corticotropina (ACTH) y ésta estimula la corteza adrenal, aumentando la producción de cortisol. En concentraciones fisiológicas bajas el cortisol deprime la inmunidad celular y estimula la inmunidad mediada por anticuerpos. En las concentraciones altas existentes durante el estrés inflamatorio (> 500 nmol/L) tienen un efecto antiinflamatorio e inmunosupresor más generalizado. Por ejemplo: 1. Reducen la adhesión y extravasación de leucocitos en los sitios de inflamación. 2. Inhiben la liberación de moléculas quimiotácticas como IL-5, CCL-2, 5 y 11. El sistema inmune Dr. Fernando D. Saraví 31 3. Inhiben la activación del NF-kB y por tanto la síntesis de enzimas claves en la inflamación, como iNOS, ciclooxigenasa y fosfolipasa A2. 4. Reduce la producción de IL-1, IL-12, TNFα e IFNγ por los macrófagos activados. 5. Inhibe la diferenciación de CCDD y reduce su capacidad de presentación de antígenos y coéstimulación de linfocitos T, en particular colaboradores. 6. Promueve la apoptosis de timocitos y linfocitos T, al tiempo que inhibe la apoptosis de neutrófilos. 7. Facilitan respuestas antiinflamatorias mediadas por linfocitos Th2, con producción de IL-4, IL- 10 e IL-13. El papel fisiológico del cortisol en estas circunstancias es limitar la intensidad de la respuesta inflamatoria de modo que se minimice el daño colateral a células del propio organismo. Por otra parte, las citokinas pueden influenciar la producción de esteroides suprarrenales, hecho bien demostrado para el TNFα. Esta citokina antagoniza el efecto estimulante de la corticotropina, inhibe la esteroidogénesis en general y la producción de cortisol en particular, y también la producción adrenal de andrógenos (antiinflamatorios) mientras que favorece la de estrógenos (que tienden a estimular la inmunidad humoral y deprimir la celular). El estrés inmune también afecta la función gonadal, tanto a nivel central que resulta en menor liberación de gonadotropinas hipofisiarias, como por efectos directos sobre las gónadas. Los estrógenos y progestágenos promueven la diferenciación de linfocitos T en Th2, con secreción de IL-4 e IL-10 (que durante el embarazo estimulan la secreción de hCG). Favorecen la inmunidad mediada por anticuerpos e inhiben la mediada por células. También reducen la producción de IFNγ por los linfocitos NK. Efectos de mediadores neurohumorales sobre el sistema inmune. Además de los efectos mediados por glucocorticoides y esteroides sexuales, la descarga de adrenalina por la médula adrenal disminuye el número de monocitos y linfocitos T y B circulantes, probablemente por favorecer su apoptosis. La médula adrenal también libera cromograninas, que tienen actividad antimicrobiana. Los nervios simpáticos, parasimpáticos y aferentes sensoriales modulan las respuestas inmunes. El timo, el bazo y los ganglios linfáticos son inervados por el simpático. La noradrenalina, principal El sistema inmune Dr. Fernando D. Saraví 32 neurotransmisor liberado, causa apoptosis de células inmunes del bazo. Las catecolaminas, actuando sobre receptores β2-adrenérgicos, suprimen la secreción de IL-12 e IFNγ por las CCDD y favorecen la secreción de IL-4. Los linfocitos Th1 carecen de receptores β2-adrenérgicos, pero los Th2 sí tienen. Al igual que el cortisol, las catecolaminas reducen la producción de IL-1, TNFa e IFNg en células del sistema retículo- endotelial, incluida la microglia. En las terminales simpáticas también se libera adenosina, que actúa sobre receptores purinérgicos A2a y en general tiene efecto antiinflamatorio e inmunosupresor (estimula la secreción de IL-10 e inhibe la de IL-12 y TNFα). El principal neurotransmisor parasimpático, la acetilcolina, actúa sobre receptores nicotínicos inhibiendo la activación de los macrófagos. Por otra parte, también inhibe la apoptosis de linfocitos inducida por cortisol. La histamina, un importante mediador de la inflamación por su acción sobre receptores H1, es un modulador de la respuesta de los monocitos que poseen receptores H2: aumenta la producción de IL-4 e IL- 10 e inhibe la de IL-12 y TNFα. También inhibe la producción de IFNγ por linfocitos Th1. Diversos péptidos neurotransmisores tienen efectos variados y complejos sobre la respuesta inmune, especialmente a nivel local. Por ejemplo, el péptido intestinal vasoactivo (VIP), las opiopeptinas y el péptido del gen relacionado con calcitonina (CGRP) tienen efectos predominantemente antiinflamatorios, mientras que la sustancia P y el neuropéptido Y tienen efectos opuestos. La importancia de los efectos mediados por el sistema nervioso sobre el sistema inmune es ilustrada por experimentos en monos sometidos a estrés social crónico (meses). En estos animales se incrementa la densidad de la inervación simpática de los ganglios linfáticos, en particular en la zona paramedular, rica en células T. El efecto es principalmente mediado por factor de crecimiento nervioso (NGF). Como resultado, estos monos mostraron menor resistencia a un virus linfotrópico (SIV) relacionado con el HIV. La noradrenalina permitió una replicación viral más rápida, un aumento de la transcripción de genes virales y una inhibición de respuestas antivirales mediadas por citokinas. TRASTORNOS DEL SISTEMA INMUNE La complejidad del sistema inmune lo torna vulnerable a trastornos, que en general consisten en déficit parciales o generalizados (inmunodeficiencias) o excesos de función. Las inmunodeficiencias pueden ser primarias o secundarias. Los excesos son reacciones de hipersensibilidad o enfermedades autoinmunes. Inmunodeficiencia primaria. Puede afectar la producción de anticuerpos, la inmunidad celular, o ambas. El déficit de anticuerpos predispone a infecciones bacterianas. En los defectos de la inmunidad celular son más frecuentes las infecciones por virus u hongos. También hay inmunodeficiencias primarias que afectan la inmunidad inespecífica, como déficit en la función fagocítica o del sistema del complemento. Inmunodeficiencia secundaria. Es aquélla que ocurre como consecuencia de una causa previa, como infección, radioterapia, desnutrición o empleo de fármacos inmunosupresores (iatrógena). La esplenectomía aumenta el riesgo de infecciones bacterianas por neumococos, meningococos y Haemophilus influenzae. Los trastornos linfoproliferativos, como el mieloma múltiple, causan deficiencias secundarias de anticuerpos. La causa infecciosa más conocida es el sida o síndrome de inmunodeficiencia adquirida, causado por el virus de inmunodeficiencia humana (HIV). Este virus se liga al receptor CD4, con los receptores para citokinas CRC5 y más tardíamente CXCR4 actuando como co-receptores. Recientemente se identificó la integrina α4β7 como otro correceptor. Esto explica la temprana, profunda y persistente depleción de linfocitos CD4 en el GALT de los infectados. El HIV se internaliza y replica en los linfocitos CD4 y con el tiempo (años) causa una depleción progresiva de esta población. El aumento de la producción de virus y el déficit de linfocitos CD4 lleva al sida (expresión clínica tardía de la infección por HIV) en el cual hay gran predisposición a infecciones oportunistas y desarrollo de neoplasias poco comunes. Hipersensibilidad. Las reacciones de hipersensibilidad se clasifican en cuatro tipos. Las reacciones de tipo I se deben a una reacción contra un antígeno inocuo (alérgeno) debido a IgE, que se une mediante receptores Fc a mastocitos y basófilos. En presencia del antígeno, la IgE unida a la membrana se polimeriza y causa la activación de dichas células, con liberaciónde mediadores inflamatorios preformados y producción de mediadores tardíos. La urticaria, el angioedema, la rinitis alérgica, y el shock anafiláctico se deben a reacciones de tipo I. Las reacciones de tipo II son causadas por unión de un anticuerpo (generalmente IgG) a un antígeno presente en la superficie celular. Esto causa activación del complemento, seguido de reclutamiento y activación de fagocitos y mastocitos. Las reacciones de tipo II son responsables de la miastenia gravis, la enfermedad de Graves, las reacciones por incompatibilidad de grupo sanguíneo, el rechazo agudo de injertos y el síndrome de Goodpasture. Las reacciones de tipo III se deben a inmunocomplejos circulantes. Durante una respuesta inmune normal se forman inmunocomplejos, pero El sistema inmune Dr. Fernando D. Saraví 33 son aclarados por el sistema retículo-endotelial. Su persistencia en exceso en la circulación causa lesiones en los sitios donde se depositen, por ej. articulaciones, piel y glomérulos renales. La glomerulonefritis post- estreptocócica, la crioglobulinemia y el lupus eritematoso sistémico son enfermedades causadas por inmunocomplejos. Las reacciones de tipo IV se denomina también hipersensibilidad retardada. Es debida a la activación de linfocitos T. El rechazo tardío de transplantes, el eczema de contacto y ciertas reacciones granulomatosas (como la observada normalmente con la vacuna BCG) son reacciones de tipo IV. Enfermedades autoinmunes. Ciertos alelos de HLA, las infecciones, y agentes químicos (incluidos fármacos) predisponen a la pérdida de la tolerancia contra lo propio. Otro tanto ocurre con el género: las mujeres tienen mayor propensión a las enfermedades autoinmunes, pues los estrógenos son en general estimulantes, y los andrógenos depresores, del sistema inmune. Las enfermedades autoinmunes se clasifican según si afecten predominantemente un órgano o muchos, lo cual depende de la especificidad de los anticuerpos anormales producidos. Son ejemplos de afectación predominante de un órgano las enfermedades tiroideas de Graves y Hashimoto, la anemia perniciosa, la diabetes mellitus tipo I y la miastenia gravis. Por otra parte, el lupus eritematoso sistémico es el paradigma de enfermedad multiorgánica. En ella se generan anticuerpos contra componentes del núcleo celular. Esto afecta múltiples órganos y sistemas, como piel, corazón, riñones, hígado, articulaciones y sistema nervioso. GRUPOS SANGUÍNEOS Y TRANSFUSIONES Los grupos sanguíneos son conjuntos de antígenos presentes en la membrana de los eritrocitos. Existen cientos de grupos, pero los de mayor importancia clínica son el ABO y el Rh. Su falta de correspondencia causa reacciones en el recipiente de una transfusión sanguínea debido a aloanticuerpos (anticuerpos presentes en un individuo que reaccionan con antígenos de otro individuo de la misma especie). Los grupos sanguíneos menos antigénicos adquieren importancia en pacientes que reciben múltiples transfusiones. Grupo ABO. Fue el primero en describirse (Fig. 24). Sus antígenos son carbohidratos de función biológica desconocida, anclados a la membrana eritrocítica por ceramida (una esfingomielina). Cada eritrocito tiene 2 millones de unidades de estos antígenos en su superficie. Estos antígenos se expresan también en muchas células, en especial epiteliales y endoteliales, y en la mayoría de las personas están presentes en las secreciones, como saliva y esperma. En estas últimas, los carbohidratos A y B están acoplados a una proteína codificada por el gen Se (secretorio). Aprox. 15 % de la población es homocigoto para el alelo recesivo se (se/se) y no secreta antígenos A ni B aunque estos estén presentes en los eritrocitos. El grupo O expresa un carbohidrato llamado H. Su síntesis depende de una fucosiltransferasa codificada por un gen en 19q13.3. H es modificado por adición de N- acetilgalactosamina en personas con grupo A o de galactosa en el grupo B (existen subgrupos de A y B que son de poca importancia). Esta reacción es catalizada por una glicosiltransferasa cuyo gen está en 9q34, cuyas variantes dan los alelos A, B u O (que es recesivo y corresponde a una forma inactiva de la enzima). Los alelos A y B son codominantes. Por tanto, el fenotipo A corresponde al genotipo AA ó AO, el fenotipo B al genotipo BB ó BO, el fenotipo AB al genotipo AB y el fenotipo O al genotipo OO. En el plasma del recién nacido no hay anticuerpos contra A ni contra B. No obstante, la configuración de carbohidratos de los antígenos A y B son comunes en los alimentos y en la flora microbiana intestinal. Por ello, en el período postnatal se sintetizan “espontáneamente” inmunoglobulinas contra los antígenos A ó B cuando estos no se expresan en los eritrocitos (y otras células propias). Por tanto, los de grupo A producen anticuerpos (isohemaglutininas) anti-B, los de grupo B anticuerpos anti-A, El sistema inmune Dr. Fernando D. Saraví 34 los de grupo O ambas clases y los de grupo AB ninguno. Estas isohemaglutininas son generalmente de tipo IgM, y con menor frecuencia IgG. Cuando se transfunden glóbulos rojos, es importante que no existan reacciones entre las isohemaglutininas y los eritrocitos del donante y del recipiente. La incompatibilidad llamada mayor se produce cuando los eritrocitos del donante reaccionan con anticuerpos del plasma del recipiente. Los eritrocitos donados son cubiertos por IgM, aglutinados y posteriormente lisados por activación del complemento. En la incompatibilidad menor, el plasma del donante reacciona con los glóbulos rojos del recipiente. Excepto cuando se transfunde gran volumen de sangre, estas reacciones son menos riesgosas porque los anticuerpos del donante se diluyen en el plasma del dador. Además, cuando sólo se requiere eritrocitos no se transfunde sangre completa. Los individuos AB se denominan receptores universales porque su plasma carece de anti-A y anti- B, mientras que los de grupo O se llaman dadores universales porque sus eritrocitos carecen de A y B. La calificación “universal” es obviamente válida sólo para la incompatibilidad mayor. Un caso especial de incompatibilidad es el debido al fenotipo Bombay, donde ambos alelos para la fucosiltransferasa son nulos (genotipo hh) y por eso no producen sustancia H. Los individuos afectados desarrollan isohemaglutininas anti-A, anti-B y anti-H. En consecuencia, solamente pueden recibir transfusiones de otro individuo con fenotipo Bombay. Grupo Rh. El grupo Rh es más complejo que el ABO, ya que involucra 45 antígenos diferentes codificados por dos genes del cromosoma 1. Son proteínas de membrana asociadas con la glicoforina (banda 3), un intercambiador de Cl- y HCO3-. A diferencia del ABO, no se expresa en otras células. Afortunadamente, sólo un antígeno Rh, el llamado D, tiene importancia práctica. D corresponde a un alelo dominante y quienes lo portan – cerca de 80 % de la población es genotípicamente DD ó Dd – son Rh positivos (Rh+). Quienes son homocigotos para el alelo recesivo d son Rh negativos (Rh-). A diferencia de lo que ocurre con el grupo ABO, los individuos Rh- no producen espontáneamente anticuerpos anti-Rh. Para que se produzcan es necesario que la sangre del individuo Rh- sea expuesta a eritrocitos Rh+. Esto puede ocurrir por una transfusión de sangre Rh+ o por exposición perinatal de sangre de un feto Rh+ en una madre Rh-. Como resultado, el recipiente o la madre desarrollan anticuerpos de tipo IgG. En una segunda exposición los eritrocitos Rh+ son cubiertos por anti-Rh. La densidad de antígenos Rh en la membrana del eritrocito es baja, por lo cual no se produce aglutinación de los glóbulos rojos. La presencia de anti-Rh ligado a los eritrocitos puede evidenciarse in vitro incubándolos con un anticuerpo anti-IgG humana, que produce aglutinación (prueba de Coombs directa). Aunque la incompatibilidad Rh puede provocar reacciones transfusionales, el principal problema es la incompatibilidadmaterno-fetal. Tabla 3: Características de los principales hemoderivados. Basado en Harrison Principios de Medicina Interna, 15ª Ed. Madrid: McGraw-Hill, 2002, p. 870. Componente Contenido Vol. (mL) Respuesta clínica Concentrado de eritrocitos Eritrocitos con número variable de leucocitos y una pequeña cantidad de plasma 180-200 Aumento de hemoglobina 1g/dL (aumento de 3 % del hematocrito) DA: 5.5 1010 por unidad 50-70 Aumento de plaquetas 5 a 10 k/μL Concentrado de plaquetas PASD: > 3 1011 por unidad 200-400 Aumento de recuento > 104/ μL en 1 h y > 7.5 k/ μL en 24 h Plasma fresco congelado Proteínas plasmáticas, factores de coagulación, proteínas C y S, antitrombina 200-250 Aumento de 2 % en los factores de coagulación Crioprecipitados Proteínas plasmáticas insolu- bles en frío, fibrinógeno, factor VIII y factor de von Willebrand 10-15 Derivado adhesivo de fibrina y 80 UI de factor VIII Eritroblastosis fetal. Es una enfermedad grave con anemia severa, edema generalizado, ictericia y hepatoesplenomegalia debidas a hemólisis. Una madre Rh- que ha recibido una transfusión Rh+ ó ha engendrado un bebé Rh+ (padre DD ó Dd) genera anticuerpos IgG anti-Rh. Como la IgG es transportada por la placenta, si en un embarazo posterior el feto es Rh+, sus eritrocitos son atacados. La anemia resultante estimula la eritropoyesis y aparecen formas inmaduras (eritroblastos) en la sangre fetal periférica. Si el bebé nace vivo, probablemente requiera un reemplazo total de sangre (exsanguinotransfusión). El sistema inmune Dr. Fernando D. Saraví 35 En mujeres Rh- que engendran niños con un padre Rh+ (o desconocido) la enfermedad se previene administrando a la madre inmunoglobulina anti-Rh en la semana 28 del embarazo y dentro de las 72 h del nacimiento de un bebé Rh+. La inmunoglobulina aportada extrae de circulación los eritrocitos fetales, lo cual impide que la madre produzca sus propios anticuerpos. El tratamiento debe realizarse en el primer embarazo y en los siguientes; también en caso de aborto (espontáneo o provocado) y embarazo ectópico. La incompatibilidad maternofetal ABO no suele ser problema, excepto cuando la madre es O, pues en este caso puede ocasionalmente producir anti-A y anti-B de tipo IgG. Las madres A ó B producen casi siempre, respectivamente, anti-B ó anti-A de tipo IgM, que no atraviesa la placenta. Incluso cuando hay incompatibilidad, la reacción es menor porque los antígenos A y B se expresan escasamente en los eritrocitos fetales. De todos modos, debido a que la incompatibilidad Rh se previene sistemáticamente, la incompatibilidad ABO es actualmente una proporción importante de todas las reacciones de incompatibilidad materno-fetal. Terapia transfusional. Antes de realizar una transfusión se evalúan los eritrocitos y el plasma del donante y del recipiente (pruebas de compatibilidad mayor y menor, o directa e inversa). Actualmente es raro que se transfunda sangre entera, excepto en hemorragias agudas severas (> 25 % de la volemia) o grandes cirugías, como operaciones cardiovasculares con circulación extracorpórea o reemplazos de cadera. En general, cada unidad de sangre donada (450 mL) se separa en diversos componentes o hemoderivados: eritrocitos, plasma (como plasma fresco congelado o crioprecipitado) y plaquetas (Tabla 3). Las plaquetas pueden obtenerse de donante aleatorio (DA) o de de un solo donante selecto (PASD). Dr. Fernando D. Saraví Una vez que la sangre sale de los vasos, los elementos formes, especialmente las plaquetas cuando se irritan por el contacto con cuerpos externos, liberan trombocinasa dentro del plasma. La trombocinasa, a su vez, forma trombina, junto con trombógeno y sales de calcio. Paul Morawitz (1905)1. Para la nutrición de órganos y tejidos es indispensable la adecuada circulación de la sangre por los vasos sanguíneos. Estos últimos pueden romperse de manera espontánea o a causa de traumatismos o enfermedades. Cuando un vaso sanguíneo se rompe, se produce una hemorragia. La detención de la hemorragia se denomina hemostasia o hemostasis. La hemostasia supone un complejo conjunto de procesos que involucran al vaso lesionado, componentes tisulares, moléculas del plasma y elementos formes de la sangre. Por otra parte, tras la detención de la hemorragia se ponen en marcha mecanismos destinados a reparar la pared vascular y restablecer la circulación de sangre a sus condiciones previas a la lesión. La hemostasia consta de tres componentes principales, cuyos efectos se superponen parcialmente en el tiempo e interactúan entre sí: 1. Contracción sostenida del músculo liso de la pared del vaso lesionado 2. Adhesión y agregación de plaquetas que origina un tapón inicial 3. Coagulación localizada de la sangre con formación de una red insoluble de fibrina 1 Paul Morawitz (1879-1934) nació en la ciudad rusa de San Petersburgo, pero se educó en Alemania, en las Universidades de Jena, Munich y Leipzig. En Leipzig fue jefe de la Clínica Universitaria. Sobre la base de trabajos previos y propios formuló la teoría clásica de la coagulación de la sangre, que a pesar de muchos refinamientos mantiene su vigencia un siglo más tarde. La cita proviene de Izaguirre-Ávila (2006). La reacción vascular y plaquetaria produce la hemostasia primaria, que es reforzada y sostenida por el coágulo, cuya formación se denomina por ello hemostasia secundaria. En conjunto, las plaquetas aglutinadas y el coágulo constituyen un eficaz tapón hemostático. A su vez, dicho tapón estimula la reparación vascular. Una vez reparada la pared vascular, el tapón debe disolverse mediante mecanismos fibrinolíticos que permiten el restablecimiento de la circulación de la sangre. Vasoconstricción Cuando la pared de un vaso se lesiona, su calibre tiende a reducirse por intensa contracción del músculo liso de la propia pared vascular que reduce el flujo de sangre (vasoconstricción). El flujo puede hasta interrumpirse por este mecanismo en vasos pequeños como arteriolas y vénulas. Los capilares carecen de músculo liso, pero en ellos el flujo puede detenerse por contracción de los esfínteres precapilares (véase Microcirculación). La vasoconstricción se produce por un triple mecanismo: 1. Neurogénico, dependiente de la inervación autonómica del vaso. Es mediado por noradrenalina liberada por las fibras postganglionares simpáticas y dura hasta 30 s. 2. Miogénico, independiente de la inervación. Se debe a la respuesta del músculo liso a la lesión, y a la falta de liberación de sustancias vasodilatadoras (como óxido nítrico y prostaciclina) por el endotelio ausente en la zona de la lesión. Puede perdurar por 1 h. 3. Hemogénico, debido a sustancias vasoconstrictoras liberadas por las plaquetas (serotonina, tromboxano A2) o por la activación de proteasas que intervienen en la coagulación (bradikinina, fibrinopéptido B). Es más duradero que los anteriores. Función plaquetaria Las plaquetas o trombocitos (Fig. 1) son células discoides anucleadas de 2 a 4 μm de diámetro cuyo citoplasma tiene en la microscopía óptica dos sectores: El hialómero es el sector claro periférico, que rodea a un sector rico en gránulos de tinción intensa (púrpura con la tinción 1. Hemostasia y función plaquetaria Posgrado-00 Sello Hemostasia Dr. Fernando D. Saraví 2 rutinaria) llamada cromómero. En el hialómero, próximos a la membrana plasmática, hay haces de microtúbulos, además de la proteína contráctil trombostenina, formada por actina y miosina. El citoplasma tiene asimismo un sistema de túbulos densos, que contienen una elevada concentración de Ca2+. Las plaquetas tienen un sistema canalicular continuo con el líquido extracelular que penetra al interior de ellas. La membrana del sistema canalicular, cuyo contenido es medio extracelular, es continuacon la membrana plasmática. La membrana plasmática está recubierta por un denso glicocálix, en el cual hay varias glicoproteínas integrales de membrana que funcionan como receptores y transductores de señales intracelulares necesarios para la activación de las plaquetas (véase más abajo). Los trombocitos poseen tres clases de gránulos: 1. Gránulos alfa de 350 a 500 nm de diámetro, que contienen fibrinógeno, factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF), factor de von Willebrand, P-selectina y otras proteínas (véase más abajo). Son los gránulos más notables del cromómero. 2. Gránulos delta de 250 a 300 nm de diámetro, que contienen ADP, ATP y 5- hidroxitriptamina (=5-HT, serotonina). 3. Gránulos lambda de 150 a 200 nm, que son lisosomas con enzimas proteolíticas. Existen normalmente de 140 000 a 400 000 plaquetas/mm3 (140 a 400 millones/mL) en sangre periférica. Se estima que una tercera parte de las plaquetas presentes en la circulación se encuentra en el bazo. Una vez liberadas desde la médula ósea, las plaquetas tienen una vida media de 7 a 10 días. Los trombocitos participan en las reacciones inflamatorias, en los mecanismos de reparación y en la inmunidad innata y adaptativa, pero sus dos funciones principales y mejor conocidas se relacionan con la hemostasia, a saber: 1. La formación del tapón plaquetario. 2. La promoción de la coagulación (actividad procoagulante) Luego de la lesión de un vaso, la solución de continuidad debe ser ocluída por un tapón plaquetario, cuya formación puede describirse como un fenómeno con dos etapas, llamadas adhesión (o cohesión) y activación. Las plaquetas activadas cambian drásticamente su aspecto discoide en el de esferas con prolongaciones (filopodios) y adquieren propiedades adhesivas y procoagulantes (Fig. 2). ADHESIÓN PLAQUETARIA Las plaquetas circulantes se dirigen hacia la pared del vaso, lo cual es facilitado porque los eritrocitos tienden a circular por el centro del vaso y marginan a las plaquetas. Normalmente, las plaquetas circulantes no se adhieren entre sí ni al endotelio intacto. La adhesión plaquetaria se debe a la lesión del endotelio, que expone el colágeno de la matriz extracelular perivascular. El factor de von Willebrand es una glicoproteína (10 a 20 % de su masa es carbohidrato) con dos subunidades idénticas de Fig. 1: Estructura de una plaqueta en reposo, con sus principales componentes. Según Amy Shapiro, World Federation of Hemophilia (www.wfh.org). Fig. 2: Micrografías de una plaqueta en reposo (A) y activada (B). De www.platelet-research.org Hemostasia Dr. Fernando D. Saraví 3 Fig. 3: Unión de GP VI al colágeno y vía de señalamiento intracelular. GPO, secuencia glicina-prolina- hidroxiprolina. De Nieswandt y Watson (2003). 2050 aminoácidos cada una, unidas por puentes disulfuro. Este dímero tiene una masa de aprox. 500 KDa, pero está también presente en el plasma como multímeros de masa molecular diversa (10 a 20 MDa) que pueden alcanzar longitudes de 1.3 μm cuando son lineales, y diámetros de 0.3 a 0.4 μm cuando están enrollados. El factor de von Willebrand se sintetiza en el endotelio y se almacena en los cuerpos de Weibel-Palade, desde donde es secretado de manera constitutiva y también frente a estímulos. Como se dijo antes, los gránulos α de las plaquetas también transportan factor de von Willebrand, pero no lo liberan constitutivamente, sino sólo en respuesta a estímulos. El factor de von Willebrand cumple dos funciones. Por una parte es una molécula transportadora del factor VIII de la coagulación (globulina antihemofílica; ver más abajo). En ausencia de factor de von Willebrand la vida media plasmática del factor VIII se acorta notablemente. Por otra parte, ante una lesión vascular que daña el endotelio, el factor de von Willebrand se adhiere al colágeno y sirve como un adaptador para la adhesión de las plaquetas. En ausencia de factor de von Willebrand, la adhesión de los trombocitos al colágeno es débil y fácilmente desecha por el propio flujo sanguíneo. Bajo las condiciones de flujo sanguíneo prevalentes in vivo, las plaquetas se unen al colágeno en forma indirecta y directa. La unión indirecta es mediada por el factor de von Willebrand circulante, que se liga al colágeno por una parte y por otra a una glicoproteína plaquetaria llamada GP Ib-IX-V. Esta última es un heptámero en el cual GPIbα y Ibβ están unidas por puentes disulfuro y asociadas de manera no covalente con GPIX y GPV en una relación 2:2:2:1. La unión directa se realiza mediante otra glicoproteína de la membrana plaquetaria conocida como GP VI. Ambas uniones son relativamente inestables. Sin embargo, la unión de GPVI al colágeno inicia complejas vías de señalización intracelular en la plaqueta que resultan en uniones más estables y en la secreción de mediadores químicos que reclutan más plaquetas. ACTIVACIÓN PLAQUETARIA GP VI es un miembro de la superfamilia de los receptores de inmunoglobulinas. Posee un breve dominio intracelular que está ligado a la cadena γ de FcR que posee un motivo de activación basado en tirosina de inmunorreceptor, o ITAM (Immunoreceptor Tyrosine-based Activation Motif , Fig. 3). Cuando se une al colágeno, el GP VI forma complejos diméricos, su conformación se modifica y la cadena γ de FcR recluta varias kinasas de tirosina (Lyn/Fyn, Syk). A su vez, estas kinasas activan enzimas efectoras como fosfolipasa C y fosfoinositósido 3-kinasa. La fosfolipasa C produce trifosfato de inositol y diacilglicerol, que a su vez causan, respectivamente, liberación de Ca2+ de depósitos intracelulares y activación de la proteína kinasa C. Como consecuencia se producen varios fenómenos importantes. Las integrinas GP Ia-IIa (= α2β1) y GP IIb- IIIa (= αIIbβ3) se activan mediante un cambio conformacional que les permite ligarse firmemente al colágeno, estabilizando la adherencia de las plaquetas. Las integrinas también permiten que las plaquetas se adhieran unas a otras con el factor de von Willebrand o con el fibrinógeno como molécula intermediaria (Fig. 4). Hemostasia Dr. Fernando D. Saraví 4 También se activa la fosfolipasa A2 que aumenta la producción de ácido araquidónico. La ciclooxigenasa transforma al ácido araquidónico en prostaglandina G2, que por acción de la tromboxano sintetasa forma tromboxano A2. El tromboxano A2 se libera por difusión y actúa sobre las plaquetas favoreciendo su activación y sobre el músculo liso vascular causando vasoconstricción. Además, se produce la exocitosis del contenido de los gránulos, incluyendo ADP y otras sustancias activas. El ADP es un activador de las plaquetas por su acción agonista sobre receptores purinérgicos de membrana. El tromboxano A2 y el ADP actúan en forma autocrina sobre las mismas plaquetas adheridas y en forma paracrina sobre plaquetas circulantes, produciendo la activación de las integrinas de estas últimas. Las plaquetas sufren una reorganización de su citoesqueleto, de modo que pierden su forma esferoide y adoptan una forma aplanada con numerosas prolongaciones (filopodios), que les permiten ligarse a otros trombocitos. Además de ser capaces de ligarse al colágeno, las integrinas pueden ligarse al fibrinógeno y al factor de von Willebrand. Como cada una de estas moléculas puede unirse a dos integrinas y cada plaqueta posee de 60 a 80 mil moléculas de GP IIb-IIIa en su membrana, a continuación se produce un reclutamiento de plaquetas circulantes que se pegan a las que están adheridas al colágeno. De esta manera las plaquetas sufren una agregación irreversible que forma el tapón plaquetario. SUSTANCIAS PROHEMOSTÁTICAS DE LAS PLAQUETAS La activación de las plaquetas resulta en la liberación de sustancias con actividad: a. Vasoconstrictora: Tromboxano A2 y serotonina. b. Proagregante: ADP, tromboxano A2, factor de von Willebrand,fibrinógeno, trombospondina (refuerza la unión de las plaquetas mediante GP IIb-IIIa y fibrinógeno) y fibronectina, que permite la adhesión de las plaquetas al endotelio activado. c. Procoagulante: Además de fibrinógeno, las plaquetas liberan factor V de la coagulación y factor plaquetario 4 (PF4) que tiene actividad antiheparínica. El FP4 rompe la unión entre el heparán sulfato y la antitrombina III, con lo cual se reduce notablemente la acción anticoagulante de esta última. Además, las plaquetas activadas exponen en su membrana fosfolípidos aniónicos (PF3), en especial fosfatidilserina, que sirven como superficie o sustrato para el ensamblado de complejos enzimáticos procoagulantes (ver más abajo). d. Antifibrinolítica: Los gránulos α contienen inhibidores de la activación del plasminógeno (PAI) que se liberan al activarse las plaquetas e impiden o dificultan la formación de plasmina, principal enzima responsable de la destrucción del coágulo. e. Trófica. El PDGF estimula la activación y proliferación de fibroblastos y de células musculares lisas, como también la formación de matriz extracelular por parte de estas células. Fig. 4: Agregación de las plaquetas en una superficie con factor de von Willebrand y fibrinógeno en condiciones de flujo rápido (flechas). Izquierda, la adhesión inicial involucra la formación de “riendas”. Centro, las plaquetas se adhieren reversible e inestablemente. Derecha, adhesión estable con cambio de forma y emisión de filopodios. De Maxwell y col. (2007). Hemostasia Dr. Fernando D. Saraví 5 DINÁMICA DE LA AGREGACIÓN Y ACTIVACIÓN PLAQUETARIA Cuando existe lesión del endotelio, el primer acontecimiento es la adhesión de las plaquetas al subendotelio. El mecanismo preciso de la adhesión depende de las características del flujo sanguíneo en el vaso lesionado, en particular de la tasa de corte (véase Reología de la sangre). Cuando la tasa de corte es elevada, como ocurre en el sector arterial, es esencial la interacción de la integrina Ib/V/IX con el factor de von Willebrand ligado al colágeno. Esto permite que las plaquetas se adhieran, aunque esta adhesión es inestable. Las plaquetas pueden aún desplazarse, quedando unidas al sitio de adhesión por “correas” (tethers) de su propia membrana que pueden alcanzar decenas de micrometros de longitud. Para que se forme una capa de trombocitos en el sitio de la lesión, es necesaria la participación de otras integrinas plaquetarias, como IIb-IIIa, Ia-IIa y VI. Al parecer, la unión de la integrina Ib/V/IX genera un aumento transitorio del Ca2+ citosólico por liberación desde depósitos intraplaquetarios. El Ca2+ causa una reagrupación de las moléculas de GP IIb-IIIa, que tiene tres consecuencias importantes. 1) Las GP IIb-IIIa activadas causan una reorganización del citoesqueleto, como consecuencia de la cual las plaquetas adquieren forma aplanada y se adhieren mejor al subendotelio. 2) Las GP IIb- IIIa activadas inician picos de liberación intracelular de Ca2+ (posiblemente mediados por la kinasa de inositol trifosfato), que a su vez activan canales de Ca2+ de la membrana. Como resultado, el ión ingresa al citosol también desde el líquido extracelular. El aumento del Ca2+ inicia el proceso de desgranulación y activa la fosfolipasa A2, lo cual causa la liberación de los agonistas de la activación plaquetaria, ADP y tromboxano A2. 3) La reorganización de la integrina GP IIb-IIIa permite que, en presencia de factor de von Willebrand, fibronectina o fibrinógeno (o fibrina), más plaquetas se adhieran a la capa de trombocitos unida al subendotelio. Si bien cualquiera de las moléculas citadas puede servir por sí misma de adaptadora para la unión de plaquetas mediante integrinas, el efecto es más intenso en presencia de dos o más de ellas. Por su parte, la adhesión directa al colágeno de las integrinas GP VI y Ia-IIa también genera señales mediadas por activación de la fosfolipasa Cγ, que produce diacilglicerol y trifofato de inositol, causando liberación de Ca2+ al citosol en forma sinérgica con el efecto de la integrina IIb-IIIa (Fig. 5). Pese a la importancia de las integrinas, sus efectos no bastan para la activación plena de las plaquetas. Se requieren además mediadores solubles que actúan sobre receptores de membrana ligados a proteínas G. Los principales de estos mediadores son el ADP, el tromboxano A2 y la trombina (Fig. 6). Tanto el tromboxano A2 como la trombina activan receptores acoplados a proteína G12, que está acoplada a la vía Rho-GEF (Guanine Exchange Factor). Las kinasas activadas por esta vía participan en el cambio de forma de las plaquetas porque inhiben a la fosfatasa que defosforila las cadenas livianas de miosina. Esto facilita la contracción de la actomiosina y la centralización de los gránulos secretorios. Se depolimeriza la red circunferencial de microtúbulos, lo cual permite que el trombocito adopte forma esferoide. Además, durante el cambio de forma se ensamblan nuevos filamentos de actina que Fig. 5: Papel del factor de von Willebrand y del colágeno en promover la activación de las plaquetas en su adhesión inicial (A) y algunas vías de señalización intracelular iniciadas por estas interacciones (B). De Jackson y col. (2003). Hemostasia Dr. Fernando D. Saraví 6 generan una red submembranosa y causan la extensión de filopodios. Tanto el tromboxano A2 como la trombina activan receptores acoplados a proteína G12, que está acoplada a la vía Rho-GEF (Guanine Exchange Factor). Las kinasas activadas por esta vía participan en el cambio de forma de las plaquetas porque inhiben a la fosfatasa que defosforila las cadenas livianas de miosina. Esto facilita la contracción de la actomiosina y la centralización de los gránulos secretorios. Se depolimeriza la red circunferencial de microtúbulos, lo cual permite que el trombocito adopte forma esferoide. Además, durante el cambio de forma se ensamblan nuevos filamentos de actina que generan una red submembranosa y causan la extensión de filopodios. El ADP actúa sobre dos receptores purinérgicos (P2Y1 y P2Y12), que por una parte activan a la fosfolipasa Cβ y por otra inhiben a la adenilato ciclasa (ver más abajo). El tromboxano A2, actuando sobre sus receptores, contribuye a activar la misma fosfolipasa. Por su parte la trombina, enzima que transforma el fibrinógeno en fibrina, actúa sobre PAR-1 y PAR-4, receptores activados por proteasas (PAR, Protease Activated Receptors). La proteólisis de la porción extracelular de estos receptores también genera señales intracelulares mediadas por proteínas Gq que activan la fosfolipasa Cβ y Gi que inhiben la adenilato ciclasa y, por medio de la subunidad βγ de la proteína Gi activan una kinasa de fosfatidilinositol. La activación de receptores acoplados a proteínas Gq y Gi es importante en la agregación y la desgranulación de los trombocitos. A medida que se agregan más plaquetas al trombo en crecimiento, se multiplican las uniones mediadas por integrina IIb-IIIa y otras moléculas de adhesión (CAMs), reduciendo la distancia entre las plaquetas. Además, la remodelación del citoesqueleto y el aumento del Ca2+ citosólico hace contraer los filamentos de actomiosina de las plaquetas. Todo esto otorga mayor cohesión al trombo y, al reducir el volumen del intersticio entre las plaquetas, aumenta la concentración de los mediadores solubles liberados. En resumen, la adhesión y activación inicial mediada por integrinas es amplificada por vías intracelulares activadas por mediadores solubles, principalmente ADP, tromboxano A2 y trombina, todo lo cual lleva a la formación del tapón plaquetario (Fig. 7). RESTRICCIÓN DE LA ACTIVACIÓN DE LAS PLAQUETAS Para una hemostasia eficaz es indispensable que las plaquetas se activen en zonas de lesión vascular. De igual importancia para la circulación normal es que los trombocitos no seactiven cuando no es necesario. Entre los factores que restringen la activación de las plaquetas se Fig. 6: Principales agonistas solubles que actúan sobre receptores acoplados a proteínas G y su papel en la activación de las plaquetas. Ver el texto. Hemostasia Dr. Fernando D. Saraví 7 encuentran la integridad física y funcional del endotelio, funciones metabólicas propias de las plaquetas, y la metaloproteasa ADAMTS12 (Fig. 8). La integridad física del endotelio inhibe la agregación y activación de las plaquetas al impedir que éstas entren en contacto con el colágeno. Además, el endotelio produce y libera de manera continua prostaciclina y óxido nítrico (NO) que son vasodilatadores e inhibidores de la agrega-ción plaquetaria. La prostaciclina actúa sobre recep-tores de membra-na acoplados a proteína Gs, que activa la adenilato ciclasa y aumenta la síntesis de cAMP. El NO difunde al citosol plaquetario y activa la guanilato ciclasa soluble aumentando la síntesis de cGMP. Ambos nucleótidos cíclicos inhiben la agregación y la desgranulación. El endotelio normal expresa además en su membrana endoluminal la molécula de adhesión plaqueta- célula endotelial (PECAM-1 = CD31), que también está en la membrana trombocítica. La unión de PECAM-1 de células endoteliales con las PECAM-1 de las plaquetas produce la fosforilación de estas últimas, con reclutamiento de varias fosfatasas que reducen la acción de las kinasas activadoras y de las fosfolipasas C y A2. La interacción reduce la liberación de Ca2+ intracelular en las plaquetas e inhibe la activación plaquetaria mediada por las GP Ib y VI. Ciertas células endoteliales también secretan CD39, una enzima capaz de hidrolizar el potente agonista ADP y por tanto de reducir su acción sobre las plaquetas. La PECAM-1 de los trombocitos también puede activarse por agonistas de la agregación plaquetaria. En este caso, PECAM-1 formaría parte de un circuito de retroalimentación negativa, que aumentaría el umbral para la formación de un tapón y limitaría el tamaño del trombo formado. La acción antiagregante de la proteasa ADAMTS12 se debe a que despolimeriza al factor de von Willebrand, que como se dijo tiene un papel fundamental en la adhesión de las plaquetas y también participa en la agregación como molécula acopladora entre integrinas. Fig. 7: Resumen sobre la formación del tapón plaquetario. MEC, matriz extracelular; vWf, factor de von Willebrand; TXA2, tromboxano A2; Fg, fibrinógeno. De Offermanns (2006). Hemostasia Dr. Fernando D. Saraví 8 2. Coagulación Dr. Fernando D. Saraví Se denomina coagulación al paso de la sangre del estado de sol al de gel. La coagulación se debe a la transformación del fibrinógeno en fibrina y la polimerización de ésta para formar una malla insoluble. La coagulación es un fenómeno complejo en el cual participan proteasas de serina presentes en la sangre como zimógenos. En presencia de ciertos cofactores, cada una de estas proteasas activa a otra que le sirve como sustrato. Como cada molécula de proteasa puede a su vez catalizar la activación de muchas moléculas de su propio sustrato, una vez iniciado el proceso existe una considerable amplificación. Los factores de la coagulación se nombran convencionalmente con números romanos, con el sufijo “a” cuando el factor está activado (Tabla 1). La coagulación in vitro Cuando se extrae sangre y se coloca en un tubo de ensayo, la coagulación se produce en 6 a 10 min. Se puede evitar la coagulación de la sangre extraída si se le reduce la concentración de Ca2+, por ejemplo con citrato de sodio. En estas condiciones la sangre permanece sin coagular por tiempo indefinido. Si se separa el plasma de esta sangre y se le añade Ca2+, la coagulación se produce en 2 a 4 min. Si además de Ca2+ se le agrega fosfolípidos, el tiempo que demora en coagular se reduce a 60-90 s. Con el agregado de Ca2+, fosfolípidos y cristales insolubles de silicato de aluminio (kaolín), la coagulación del plasma previamente descalcificado se produce en 20 a 40 s. Este procedimiento es una prueba hemostática de rutina que se llama tiempo de tromboplastina parcial con kaolín o TTPK. Por otra parte, si al plasma descalcificado se le añade Ca2+ y un extracto acuoso de cerebro llamado tromboplastina, el plasma normal coagula en solamente 10 a 12 s. Esta prueba se denomina tiempo de protrombina (TP). El estudio de pacientes con diferentes defectos de la coagulación permitió identificar las proteasas y sus cofactores que participan en el proceso de la coagulación. En la década de 1960, sobre la base de las observaciones anteriores se propuso un esquema para describir la coagulación, que luego sufrió algunas modificaciones (Fig 1). Según el esquema, la coagulación podía iniciarse alternativamente por una de dos vías, llamadas intrínseca y extrínseca. La vía intrínseca es iniciada por el contacto con una superficie extraña, como vidrio o los cristales de kaolín. En presencia de kininógeno de alto peso molecular (HMWK, High Molecular Weight Kininogen) el contacto activa al factor XII a XIIa. La enzima kalicreína, que es activada por el propio factor XIIa en presencia de HMWK, facilita el proceso. El factor XIIa activa al factor XI en presencia de Ca2+ y HMWK. El factor XIa activa Tabla 1: Factores de la coagulación. Factor Nombre común Masa (kDa) Concentra- ción (mg/mL) % mínima coagulante1 Vía intrínseca (I), extrín- seca (E) o común (C)2 I Fibrinógeno 340 3000 30 C; origina la fibrina II Protrombina 72 100 40 C; como trombina actúa sobre I, V, VIII, XI, XIII III Factor tisular 47 - - E, cofactor de VII IV Ca2+ 0.04 50 - E, I, C V Proacelerina 300 10 10-15 I, cofactor de X VII Proconvertina 50 0.5 5-10 E, activa a X VIII Globulina antihemofílica 300 0.1 10-40 I, cofactor de IX IX Factor Christmas 56 5 10-40 I, activa a X X Factor Stuart-Prower 56 10 10-15 C, activa a II y VII XI PTA1 160 5 20-30 I, activa a IX XII Factor Hageman 76 30 0 I, activa a XI XIII Protransglutaminasa 320 30 1-5 C, estabiliza fibrina - Precalicreína 82 40 0 I, cofactor de XII - HMWK2 108 100 0 I, cofactor de XII 1 Mínimo necesario para la coagulación como porcentaje de la concentración media. 2 Las vías de la coagulación se explican en el texto. 3 Antecedente tromboplástico del plasma; 4 kininógeno de alto peso molecular. Hemostasia Dr. Fernando D. Saraví 9 al factor IX. El factor IXa, en presencia de factor VIIIa, fosfolipidos y Ca2+ activa al factor X. Por su parte, la vía extrínseca se inicia cuando el factor tisular (factor III), una glicoproteína presente en los tejidos, se une al factor VII presente en el plasma. El complejo de factores III-VII también activa por proteólisis al factor X. Por tanto, ambas vías convergen en la activación del factor X. El factor Xa, con Ca2+, fosfolípidos y factor Va como cofactores, cataliza la transformación de la protrombina (factor II) en trombina (IIa). La trombina escinde dos péptidos del fibrinógeno (factor I), transformándolo en fibrina. Los monómeros de fibrina se polimerizan espontáneamente formando una red inestable. La red de fibrina así formada es estabilizada por una transglutaminasa, el factor XIIIa. La activación de los factores XIII, V y VIII es catalizada por la trombina. Cuando un paciente tiene un TTPK prolongado con un TP normal, se concluye que la anormalidad se encuentra en la vía intrínseca (factores XII, XI, IX u VIII). Por el contrario, si el TP está prolongado pero el TTPK es normal, el problema está en la via extrínseca y corresponde a un déficit de factor VII. Finalmente, si tanto el TTPK como el TP están prolongados, lo más probable es que el defecto se encuentre en la vía final común (más raramente, puede haber simultáneamente un déficit combinado de factor VII y de un componente de lavía intrínseca). Si bien este esquema clásico conserva parte de su valor, debe recordarse que estrictamente se aplica a la situación in vitro. Como se verá más abajo, en la coagulación in vivo ambas vías interactúan y se complementan. Por ejemplo, un paciente con defectos en los factores IX o VIII padece un trastorno hemorrágico severo (hemofilia) a pesar de la integridad de la vía extrínseca y común. A la inversa, un paciente con déficit severo de factor VII también padecerá hemorragias, aunque las vías intrínseca y común cuenten con todos sus factores. Además, las personas con déficit de factor XII, HMWK o prekalicreína tienen un TTPK prolongado, pero no padecen hemorragias espontáneas. Esto indica que estos factores no son indispensables para la coagulación normal. Bioquímica de la coagulación Nótese que en la mayoría de los casos, la hemostasia puede ser normal con concentraciones de cada factor mucho menor que la media (Tabla 1). Esto significa que en la sangre normal, los factores de la coagulación se encuentran en Fig. 1: Vías clásicas de la coagulación in vitro. Las flechas rojas indican retroalimen-tación positiva. La flecha azul indica conexión entre la vía extrínseca e intrínseca. Hemostasia Dr. Fernando D. Saraví 10 exceso, lo cual puede representar un margen de seguridad frente a circunstancias donde su consumo está aumentado. Los factores con menor margen de seguridad son la protrombina y el fibrinógeno. Las proteínas plasmáticas que participan en la coagulación son sintetizadas en el hígado. Los zimógenos que, cuando se activan adquieren actividad de proteasa de serina (II, VII, IX, y X) poseen su porción catalítica en una extensión de aprox. 200 aminoácidos en el extremo carboxiterminal. Durante su procesamiento postraslacional en el retículo endoplásmico, de 10 a 12 residuos de glutamato presentes en el extremo aminoterminal son carboxilados a γ- carboxiglutamato (Gla) por una carboxilasa que emplea vitamina K como cofactor (Fig. 2). Durante la carboxilación la vitamina K se oxida y debe ser reducida para participar en un nuevo ciclo. La carboxilación de los residuos glutamato es imprescindible para que estas proteasas sean capaces de ligar Ca2+. En los pasos de la cascada que requieren Ca2+, este ión participa permitiendo la unión de la proteasa con su sustrato y el cofactor proteínico. Una vez activadas, las proteasas IXa, VIIa y Xa tienen escasa actividad si se encuentran libres en solución. Su capacidad catalítica aumenta enormemente en presencia de sus cofactores proteínicos, Ca2+. En los pasos que requieren fosfolípidos o fragmentos de membranas celulares, ellos actúan como plantillas sobre las cuales se ensambla la proteasa y el cofactor proteico, unidos a los fosfolípidos por los iones Ca2+. El cofactor proteico participa en facilitar la orientación espacial adecuada del sitio catalítico de la proteasa y de su sustrato, (Fig. 3). El complejo activador del factor X (ten en inglés) es a veces llamado tenase (“diezasa”). En la vía intrínseca, requiere el ensamble de los factores IXa, VIIIa y X en una superficie fosfolipídica negativa en presencia de Ca2+. In vivo, la superficie fosfolipídica es proporcionada por la membrana plaquetaria. Cuando las plaquetas se activan, exponen en su superficie fosfolípidos aniónicos como fosfatidilserina y fosfatidilinositol que permiten que se ensamble el mencionado complejo activador del factor X. Estos fosfolípidos se encuentran normalmente en la cara interna de la membrana, y son exteriorizados por la activación de las células, en particular las plaquetas. El factor X también puede ser activado por el complejo de factor tisular (III)-factor VII de la vía extrínseca, en presencia de Ca2+. A su vez, el factor Xa facilita la activación del factor VII, lo cual crea un asa de retroalimentación positiva. El complejo que activa al factor II es llamado protrombinasa, y está formado por el factor Xa, su cofactor Va, fosfolípidos (o membranas plaquetarias) y Ca2+. El factor Va sirve como adaptador para orientar a la enzima (Xa) y el substrato (protrombina) de manera que favorece la catálisis. La protrombina es una proteína con una cadena única de 72 kDa, que es escindida por el factor Xa en dos sitios, transformándola en trombina. La trombina tiene dos cadenas unidas por un puente disulfuro, con una masa de 34 kDa. El factor tisular es una glicoproteína integral de membrana, llamado también tromboplastina y CD142, que posee una masa de 47 kDa. Su gen está localizado en el cromosoma 1, específicamente en 1p22-23 y posee seis exones. El factor tisular posee 263 aminoácidos y tiene tres dominios principales. El dominio 1 (aminoácidos 1-219) es hidrofílico, extracelular y posee gran afinidad por el factor VII y VIIa. El dominio 2 (aminoácidos 220-242) atraviesa la membrana, es hidrofóbico y responsable por la fijación del factor tisular a aquélla. El dominio 3 es intracelular y comprende los aminoácidos 243 Fig. 2: Carboxilación del glutamato dependiente de vitamina K (factores II, VII, IX y X). Hemostasia Dr. Fernando D. Saraví 11 a 263. La expresión constitutiva de factor tisular varía en los diversos tejidos. Es alta en la piel, el corazón, el cerebro, el pulmón, el riñón, el útero y la placenta, mientras que el hígado, el bazo, el músculo esquelético, las articulaciones y el timo expresan niveles bajos. Por otra parte, la expresión del factor tisular en diversas células es aumentada por lipopolisacáridos bacterianos, la propia trombina y diversas citokinas. La trombina posee numerosas acciones (Tabla 2), de las cuales la más importante es transformar al fibrinógeno en fibrina. El fibrinógeno es una molécula de 340 kDa formada por tres pares de cadenas idénticas llamadas Aα, Bβ y γ. Las cadenas se mantienen unidas por varios puentes disulfuro. Las porciones A y B de las cadenas Aα y Bβ se denominan fibrinopéptidos. Estos tienen entre 14 y 16 residuos aminoacídicos, varios de los cuales son aspartato y glutamato que le confieren carga negativa al fibrinógeno. Esto favorece la solubilidad en el plasma e impide la asociación de moléculas de fibrinógeno. La trombina escinde los fibrinopéptidos por hidrólisis de enlaces peptídicos entre arginina y glicina, formando monómeros de fibrina, es decir (α-β−γ)2 (Fig. 4). Los monómeros de fibrina tienen dominios llamados E, en el centro de la molécula (regiones N-terminales de las cadenas) y dominios D en los extremos libres (regiones C- terminales). se polimerizan espontáneamente de manera no covalente (Fig. 5 A). La red de fibrina así formada es débil y puede disolverse en una disolución de urea de 5 mol/L. No obstante, el factor XIIIa (activado por la trombina) cataliza una reacción mediante la cual se producen enlaces peptídicos (covalentes) entre el nitrógeno amídico de la glutamina y el grupo ε-amino de lisinas de los monómeros de fibrina (Fig. 5 B). Estas reacciones de transglutaminación tornan la red tridimensional de fibrina mucho más resistente e insoluble en urea. La trombina también activa a los factores V y IX por proteólisis. Aunque puede generarse trombina en ausencia de la activación del factor V, su formación se acelera grandemente en presencia de Va. Se cree que la formación inicial de pequeñas cantidades de trombina en ausencia de Va lleva a la activación del factor Va, lo cual origina un asa de retroalimentación positiva. Fig. 4: Formación de monómeros de fibrina. Fig. 3: Formación del complejo de protrombinasa y formación de trombina. Hemostasia Dr. Fernando D. Saraví 12 La trombina activa al factor VIII por un mecanismo diferente. Normalmente el factor VIII circula ligado al factor de von Willebrand, y en estas condiciones es inactivo. La trombina hidroliza los enlaces entre el factor de von Willebrand y el factor VIII, con lo cual éste puede, comoVIIIa, participar en el complejo activador del factor X. La trombina y el factor XIa son las únicas proteasas de la coagulación cuya actividad enzimática no requiere de la formación de complejos sobre superficies fosfolipídicas. No obstante, la actividad anticoagulante de la trombina sí requiere la formación de un complejo, como se explica posteriormente. La coagulación in vivo Las vías intrínseca y extrínseca no pueden operar fisiológicamente como vías alternativas y redundantes, sino que son complementarias. Los fosfolípidos que se añaden en los ensayos in vitro , como el TTPK, son proporcionados in vivo por superficies celulares, donde participan dos tipos de células: las que expresan en su superficie factor tisular y las plaquetas. Según el modelo actualmente aceptado, la coagulación in vivo es un proceso dependiente de la presencia de células, que transcurre en tres etapas que se superponen: iniciación, amplificación y propagación (Fig. 6). Fase de iniciación La iniciación de la coagulación exige la presencia de células que expresen factor tisular, las cuales se hallan normalmente fuera de los vasos (pero véase más abajo). Cuando se produce extravasación de la sangre, el factor VII plasmático se une al factor tisular en la superficie de las células. La unión al factor tisular aumenta la actividad proteolítica del factor VII cerca de 20 millones de veces. El factor VII se diferencia de otros factores de la coagulación en que una fracción de él (0.5 a 1 %) está normalmente activado en el plasma. El complejo III-VII cataliza la formación de pequeñas cantidades de factores Xa y IXa y también de más factor VIIa (autocatálisis). Siempre sobre esta superficie, el factor Xa se acopla con factor Va para formar el complejo de protrombinasa. La escasa cantidad de factor Va necesario tiene varios posibles orígenes. Primero, el propio factor Xa puede catalizar la activación del factor V. Segundo, algunas proteasas plasmáticas no relacionadas directamente con la coagulación pueden también activar parte del factor V. Tercero, mientras las reacciones citadas tienen lugar sobre la superficie de células que expresan el factor tisular, también hay adhesión y activación de plaquetas, cuyos gránulos α liberan factor V parcialmente activado. El complejo de protrombinasa activado sobre la superficie celular genera cantidades de trombina insuficientes para una adecuada coagulación y también contribuye a activar al factor VII. Por otra parte, el factor Xa que se disocia de la superficie celular es rápidamente inactivado por varios inhibidores presentes en el plasma, que serán tratados más adelante. Por el contrario, el factor IXa formado por el complejo III-VIIa sí puede difundir en cantidades significativas desde células con factor tisular a plaquetas vecinas, activando con el factor VIIIa más factor Xa en la superficie plaquetaria. Además, la trombina producida en la superficie de las células que poseen factor tisular difunde a las plaquetas, donde se liga con alta afinidad a la GP Ib, la cual sirve como una plataforma desde la cual la trombina puede ejercer sus múltiples acciones sobre diferentes sustratos, incluyendo los factores V y VIII. ´ Fig. 5: A. Polimerización espontánea de la fibrina. B. Estabilización de la fibrina por el factor XIIIa. Hemostasia Dr. Fernando D. Saraví 13 Fase de amplificación Las pequeñas cantidades de trombina generadas en la superficie de células que expresan factor tisular cumplen diversas funciones: 1) actuar como un agonista para la activación plaquetaria actuando sobre los receptores activados por proteasas PAR-1 y PAR-4 (véase más arriba); 2) activar los cofactores V y VIII sobre la superficie plaquetaria y 3) activar al zimógeno factor XI en el mismo lugar. Todas estas acciones posibilitan una generación mayor de trombina durante la fase de amplificación y proporcionan las condiciones para la fase siguiente. Fase de propagación Esta tercera fase acontece sobre plaquetas activadas. En su superficie se produce una generación de factor Xa suficiente para desencadenar un pico de generación de trombina suficiente para escindir la cantidad de fibrinógeno necesaria para que se forme la red de fibrina. Las plaquetas son las únicas células conocidas en las cuales la fase de propagación puede producirse de manera eficaz. En ellas se produce el ensamblado del complejo activador del factor X de la clásica vía intrínseca y del complejo de protrombinasa. Dado que un gran número de plaquetas son concentradas en el sitio de lesión vascular, ellas proporcionan una gran superficie fosfolipídica, apta para la formación de trombina en una escala muy superior a la posible durante la iniciación. La trombina generada en la superficie de las plaquetas contribuye a su activación, como también a la activación de componentes de la vía intrínseca y de las propias plaquetas. Parte de la trombina es liberada a la fase soluble, donde produce más fibrina. Adicionalmente, la trombina activa a una procarboxipeptidasa que es un efectivo inhibidor de la fibrinolisis denominado inhibidor de la fibrinólisis activado por trombina o TAFI (Thrombin-Activated Fibrinolysis Inhibitor). El TAFI reduce la degradación de la red de fibrina porque corta las lisinas carboxiterminales de la fibrina e impiden así que esta última como cofactor para la formación de plasmina, enzima que degrada la red de fibrina (véase más abajo). Una vez formado el tapón hemostático maduro, la pared del vaso debe ser reparada. La trombina tiene un papel importante en reclutar y activar las células involucradas en la reparación, como macrófagos, fibroblastos, células endoteliales y células musculares lisas. En resumen, según este modelo la coagulación in vivo es iniciada sobre células que expresan factor tisular y clásicamente pertenecen a la llamada vía extrínseca. El proceso es transferido principalmente a la superficie de las plaquetas durante la fase de amplificación, y en ellas tiene lugar también la generación de Tabla 2: Acciones de la trombina en respuesta a la lesión vascular (adaptado de Furlán 2002). Tipo de efecto Ejemplos Procoagulante Transformación del fibrinógeno en fibrina Activación de factores V, VII, VIII y X (retroalimentación positiva) Activación del factor XIII – estabilización del coágulo Estimulación de la síntesis y liberación endotelial de factor tisular Activador de plaquetas Adhesión, agregación y secreción plaquetaria Estimulación de liberación del factor de von Willebrand endotelial Estimulación de la liberación de factor activador de plaquetas endotelial Anticoagulante Activación (con trombomodulina) de la proteína C Liberación endotelial de inhibidor de la vía del factor tisular y otros Antiplaquetaria Inducción de síntesis y liberación endotelial de prostaciclina Antifibrinolítica Liberación endotelial del inhibidor del activador del plasminógeno (PAI-1) Activación del inhibidor de la fibrinólisis TAFI Profibrinolítica Liberación de activadores del plasminógeno tisular y tipo urokinasa Proinflamatoria Translocación de la E-selectina endotelial que interactúa con leucocitos Translocación de P-selectina en endotelio y plaquetas Quimiotaxis de monocitos y neutrófilos Trófica y cicatrizante Estimula liberación plaquetaria de factor de crecimiento (PDGF) Estimula proliferación de células endoteliales, fibroblastos, macrófagos, linfocitos y células musculares lisas Retracción de las neuritas de células nerviosas Hemostasia Dr. Fernando D. Saraví 14 trombina en gran escala, principalmente mediada por componentes de la vía intrínseca. La tasa de producción de trombina y la concentración de trombina una vez formada la red de fibrina contribuyen a determinar las propiedades del coágulo. Este modelo permite explicar algunas inconsistencias de aplicar el esquema clásico a la situaciónin vivo. Por ejemplo, el déficit de factor XII, HMWK o kalicreína no ocasionan clínicamente trastornos hemorrágicos. Esto se debe a que la vía “intrínseca” se inicia in vivo a partir del factor XI activado sobre las plaquetas por pequeñas cantidades de trombina y es amplificada por retroalimentación positiva que causa la generación de más trombina. Otro ejemplo de inconsistencia es la condición hemorrágica hereditaria conocida como hemofilia, que se debe a déficit de factor VIII (hemofilia A) ó IX (hemofilia B). Estos pacientes tienen una vía extrínseca intacta, a pesar de lo cual sufren hemorragias severas. Es interesante el hecho de que, en los pacientes hemofílicos, las articulaciones y el músculo esquelético son sitios frecuentes de hemorragia. Estos tejidos son pobres en factor tisular, y probablemente por esta razón los déficits de la vía intrínseca son más evidentes aquí. Coagulación ociosa En el plasma de individuos normales, en ausencia de hemorragia, se detectan concentraciones bajas de los péptidos que resultan de la activación de factores de la coagulación, lo cual indica un nivel basal de activación que se ha denominado coagulación ociosa (idling). Una explicación de este hecho es que el endotelio capilar deja pasar las proteínas plasmáticas en escasa proporción, y se encuentran en la linfa en proporción inversa a su masa molecular. Es posible entonces que el factor VII salga al espacio extravascular y se ligue al factor tisular, lo cual activaría a los factores X y IX en el intersticio. Normalmente este proceso no produciría la formación de coágulos porque el complejo factor de von Willebrand-factor VIII y las plaquetas permanecen dentro de los vasos. Clásicamente se admitía que el factor tisular estaba confinado exclusivamente al espacio extravascular. Luego se halló que ciertas células sanguíneas, en particular los monocitos, sintetizan factor tisular. No obstante, este permanece encriptado (oculto) ya sea por hallarse en localización intracelular o bien en la membrana, pero limitado a microdominios o balsas lipídicas (rafts) que no favorecen su acción procoagulante. La disrupción de las balsas Fig. 6: Concepción moderna de la coagulación in vivo como un proceso dependiente de la presencia de células tanto para su inicio como para su amplificación y propagación. Hemostasia Dr. Fernando D. Saraví 15 aumenta la actividad procoagulante, probablemente por dispersión del factor tisular a la parte fluida de la membrana, lo cual se acompaña de expresión de fosfolípidos aniónicos, en particular fosfatidilserina, que favorecen la formación y actividad del complejo III-VIIa. Los lipopolisacáridos bacterianos y diversas citokinas pueden aumentar la transcripción de factor tisular. Al parecer pequeñas vesículas, llamadas micropartículas, pueden desprenderse de los monocitos, y tal vez de otros leucocitos. Las micropartículas tienen una membrana con fosfatidilserina y complejo III-VIIa en su superficie y pueden contribuir a la coagulación en sitios donde se agregan plaquetas, reclutando factores solubles de la fase fluida del plasma. Las micropartículas expresan en su superficie el receptor llamado ligando glicoproteico para P-selectina 1 (PSGL-1, P- Selectin Glycoprotein Ligand-1). La P-selectina es el principal miembro de una familia de factores de adhesión, que son importantes en fenómenos inflamatorios por mediar la unión inicial de los leucocitos al endotelio. Se ha hallado que los cuerpos de Weibel-Palade del endotelio, que contienen factor de von Willebrand, también tienen P-selectina, al igual que los gránulos α de las plaquetas. La P- selectina puede mediar parte de la adhesión de las plaquetas al endotelio, mediada por la integrina plaquetaria Ib. La P-selectina expresada en las plaquetas y el endotelio activado puede contribuir al reclutamiento de las micropartículas en un sitio de lesión. Los animales deficientes en P-selectina tienen prolongación del tiempo de sangría y otras alteraciones hemostáticas. Las micropartículas y las interacciones mediadas por P-selectina pueden explicar parte del recambio “ocioso” de factores de la coagulación. Por otra parte, también pueden participar en fenómenos trombóticos y estados de hipercoagulación, como la coagulación intravascular diseminada. Otro tanto ocurre con una forma soluble de factor tisular, carente del dominio transmembrana, que está presente en muy baja concentración en condiciones normales pero aumenta sustancialmente en la coagulación intravascular diseminada, el infarto de miocardio y la sepsis, entre otras condiciones trombogénicas. Hemostasia Dr. Fernando D. Saraví 16 3. Fibrinólisis y regulación de la hemostasia INHIBIDORES DE LA COAGULACIÓN La coagulación es un proceso de gran importancia para la hemostasia y la posterior cicatrización de los vasos lesionados. Sin embargo, es crucial que la actividad de las cascadas enzimáticas con varias asas de retroalimentación positiva que se ponen en marcha para producir las redes de fibrina permanezca limitada espacial y temporalmente en la región lesionada, en lugar de propagarse por vasos intactos. Un mecanismo propuesto para la restricción de la coagulación es la existencia de umbrales de activación de las reacciones limitantes y retroalimentadas positivamente. Por debajo de estos umbrales el proceso se detendría. La coagulación solamente se produciría si los acontecimientos iniciales de activación adquieren suficiente magnitud como para superar el umbral. Adicionalmente, existen varios procesos y factores que inhiben activamente la coagulación. Los más importantes son tres (Fig. 1). El primero es la inhibición de la vía extrínseca por el TFPI (Tissue Factor Protein Inhibitor). El segundo es la inhibición de la trombina y otras proteasas por las antitrombinas. El tercero es el sistema constituido por la trombomodulina y la proteína C. Inhibición de la vía extrínseca El TFPI es una proteína presente en la superficie del endotelio, donde forma complejos con glicosaminoglicanos. El TFPI también circula en el plasma en forma inactiva, unido a lipoproteínas de baja densidad (LDLP). Finalmente, los gránulos α de las plaquetas también contienen TFPI. En la superficie de las células donde se forma el heterodímero factor tisular-VIIa, el TFPI se une a éste en presencia de factor Xa, formando un complejo cuaternario. El TFPI tiene centros reactivos que ocupan las regiones catalíticas de los factores VIIa y Xa. Estos centros reactivos contienen lisina y arginina (aminoácidos básicos) y actúan como pseudos-sustratos, pues su estructura rígida impide la proteólisis. Esto suprime la actividad catalítica de los factores VIIa y Xa en forma permanente, pues el complejo es estable una vez formado (Fig. 2). Antitrombinas Las antitrombinas, también llamadas serpinas (Serine-Protease Inhibitors) son proteínas que inhiben las proteasas involucradas en la coagulación. La más importante es la antitrombina III, en adelante llamada simplemente antitrombina. Debe notarse que esta serpina no solamente inhibe la trombina, sino también los factores Xa, XIa y IXa. Se une a la trombina por medio de un centro activo que, a diferencia del TFPI, no es rígido. La trombina escinde un enlace peptídico de la antitrombina (Arg393-Ser-394). Durante la reacción se establece un complejo intermedio trombina- antitrombina unido covalentemente. En otras reacciones catalizadas por la trombina, luego de la proteólisis el complejo se disocia. No obstante, Fig. 1: Principales inhibidores de la coagulación (recuadrados). Las flechas continuas indican activación y las flechas con guiones indican inhibición. Fig. 2: El inhibidor de la vía del factor tisular (TFPI) se liga irreversiblemente a los factores VIIa y Xa unidos al factor tisular. Hemostasia Dr. Fernando D. Saraví 17 la antitrombina permanece firmementeunida a la trombina y la inhibe de manera irreversible. Se cree que un mecanismo similar es responsable la inhibición de otras proteasas de serina (IXa, Xa y XIa). Por sí sola, la antitrombina es un inhibidor relativamente débil de la trombina. Su potencia es aumentada en gran medida por la presencia de glicosaminoglicanos, como el heparán sulfato. La antitrombina se une con gran afinidad a una secuencia pentasacárida de la heparina. La unión a la heparina produce un cambio conformacional que aumenta la capacidad inhibitoria. Además, la heparina también se une a la trombina, de modo que una misma molécula de heparina liga antitrombina y trombina, facilitando el acercamiento de ambas moléculas necesario para la inactivación de la trombina (Fig. 3). Una vez formado de esta manera, el complejo trombina-antitrombina es estable, y la molécula de heparina queda libre para interactuar con otras moléculas de trombina y antitrombina. Sistema de la trombomodulina y proteína C La trombomodulina y las reacciones favorecidas por ella tienen un papel fundamental en evitar la propagación excesiva de la coagulación. La trombomodulina es una proteína integral presente en la membrana endotelial, con una porción extracelular compleja que le permite ligar trombina. Cuando la trombina se une a la trombomodulina, varía drásticamente su especificidad de sustrato. En lugar de activar los factores de la coagulación XI, IX, VIII y V y de producir fibrina, la trombina unida a la trombomodulina funciona como un activador de la proteína C. La proteína C es un zimógeno de origen hepático que, como las proteasas de la coagulación, incorpora postranslacionalmente residuos de γ-carboxiglutamato, de manera dependiente de vitamina K. Estos residuos le permiten a la proteína C unirse, en presencia de Ca2+, a fosfolípidos. No obstante, existe asimismo un receptor endotelial específico para proteína C (EPCR, Endothelial Protein C Receptor) que se considera más importante para la interacción de la proteína C con la superficie endotelial. La proteína C unida al receptor es transformada por el complejo trombina-trombomodulina en proteína C activa (Fig. 4 A). Esta última cataliza la proteólisis de los factores VIIIa y Va, con lo cual limita la extensión y magnitud de la coagulación (Fig. 4 B). Para ejercer su acción inactivadora de los factores Va y VIIIa, la proteína C requiere cofactores. Uno de ellos es la proteína S, que también posee un dominio aminoterminal rico en carboxiglutamato (dependiente de vitamina K). La proteína S, producida en el hígado, circula en el plasma en forma inactiva, unida a una proteína que liga el componente C4 del complemento (C4BP). La proteína S unida al endotelio parece actuar como un adaptador que favorece el posicionamiento adecuado de los factores Va y VIIIa para su inactivación por la proteína C. La degradación del factor VIIIa requiere la presencia de factor V como cofactor de la proteína C. Existe una mutación presente en 2 a 15 % de los europeos denominada factor V Leiden, en la cual el factor V no puede actuar como cofactor de la proteína C. En estas personas el riesgo de trombosis venosa está aumentado cinco veces con respecto a los que poseen el gen normal. Fibrinolisis Una vez producida la hemostasia puede iniciarse el proceso de reparación. El tapón hemostático debe ser suficientemente estable como para detener la hemorragia, pero también debe ser removido cuando la lesión de la pared vascular está cerrada. La disolución del coágulo es Fig. 3: Complejo de trombina, antitrombina y heparina. El asa 148 y el sitio de unión a Na+ de la trombina interactúan con el cuerpo de la antitrombina y la heparina refuerza la unión. Según Gomez y col. (2005). Hemostasia Dr. Fernando D. Saraví 18 realizada por un sistema enzimático que disuelve la fibrina (fibrinolísis). Un sistema fibrinolítico eficaz es indispensable no solamente para remover coágulos causados por lesiones vasculares, sino también para impedir la deposición intravascular de fibrina que se asocia con el desarrollo de aterosclerosis. Generación de plasmina La principal enzima responsable de la fibrinolisis es la plasmina. La fibrinólisis es básicamente un proceso que ocurre en dos etapas. Primero tiene lugar la activación del zimógeno circulante en plasma, plasminógeno, a plasmina. El plasminógeno es una proteína de 791 aminoácidos, sintetizada principalmente en el hígado. Tanto el plasminógeno como la plasmina tienen glutamato en su extremo aminoterminal, y por eso esta forma suele llamarse glu- plasminógeno o glu-plasmina, respectivamente. Las moléculas responsables transformar plasminógeno en plasmina se denominan activadores del plasminógeno. Existen dos activadores de importancia fisiológica. El principal es el activador tisular del plasminógeno (t-PA, tissue Plasminogen Activator). El otro activador del plasminógeno, denominado u-PA o tipo urokinasa, es secretada por los epitelios de las vísceras huecas y puede recobrarse en escala industrial de la orina humana. El u-PA se une a un receptor específico de la membrana (u-PAR, también llamado CD87) y activa preferentemente plasminógeno unido a las células. El u-PA contribuye a evitar la obstrucción de la vía urinaria por coágulos, pero parece menos importante que el tPA para la fibrinólisis intravascular. El t-PA es una proteasa de serina de 68 kDa sintetizada principalmente por el endotelio, que lo almacena en gránulos diferentes de los gránulos de Weibel-Palade y lo libera constitutivamente, de modo que existen pequeñas concentraciones de tPA en el plasma normal. No obstante, la mayor parte del t-PA plasmático es inactivo por estar unido a diversos inhibidores, de los cuales el más importante es el PAI-1 (Plasminogen Activator Inhibitor-1). Existe asimismo una liberación facultativa de t-PA que puede ser estimulada por diversos agentes como bradikinina y sustancia P. Más importante es que las proteasas, factor Xa y trombina, son potentes estimulantes de la liberación de t-PA que actúan sobre receptores específicos ligados a proteína C que provocan un aumento de la concentración intracelular de Ca2+. Por esta razón se produce una liberación aumentada de t-PA en la vecindad de un coágulo (Fig. 5). El plasminógeno y el t-PA tienen afinidad por los residuos de lisina de la fibrina y ésta última actúa como un cofactor en la generación de plasmina. El t-PA escinde al glu- plasminógeno en glu-plasmina, que tiene dos cadenas unidas por un puente disulfuro. Cuando la fibrina está intacta, el plasminógeno se une a ella con afinidad relativamente baja, y la cantidad de plasmina generada es escasa. No obstante, es suficiente para cortar varios enlaces entre lisina y arginina. Esta fibrina parcialmente digerida exhibe un número mayor de lisinas carboxiterminales que permiten a la fibrina formar enlaces más firmes con el t-PA y el plasminógeno. Además, la fibrina modificada es un potente cofactor para la transformación del plasminógeno y la plasmina. Otro fenómeno amplificador es la escisión de los residuos 1-77 Fig. 4: Vía inhibitoria de la proteína C. A, La proteína C es activada a APC por la trombina unida a trombomodulina. EPCR, receptor endotelial de proteína C. B, Inactivación del factor Va por el complejo APC-proteína S. De Dahlbäck y Villoutreix (2005). Hemostasia Dr. Fernando D. Saraví 19 del glu-plasminógeno y la glu-plasmina, con lo cual ambos quedan con una lisina en el extremo aminoterminal (lys-plasminógeno y lys- plasmina). Esta reacción es catalizada por la glu- plasmina y, una vez que se ha comenzado a formar, por la propia lys-plasmina. De este modo se genera más lys-plasmina, en un asa de retroalimentación positiva. Esto permite la digestión de la fibrina. Los restos celulares son fagocitados por macrófagos. Inhibidores de la fibrinolisis Al igual quela coagulación, la fibrinólisis es un proceso controlado por varios inhibidores. Los principales son el inhibidor de activador de plasminógeno 1 (PAI-1), el inhibidor de la fibrinólisis activado por trombina (TAFI) y la α2- antiplasmina. El PAI-1 es una glicoproteína de 45 kDa con actividad de serpina, presente en el plasma en una concentración variable, del orden de 25 ng/L. Es producido por las células endoteliales, del músculo liso vascular, del estroma del tejido adiposo y por fibroblastos y monocitos. No se almacena en las células, sino que es secretado constitutivamente tan pronto como es sintetizado. La secreción de PAI-1 tiene un ritmo circadiano con un máximo en la mañana y un mínimo hacia el crepúsculo, que es inverso al ritmo exhibido por la secreción constitutiva de t- PA. Puede ligarse a la proteína S y a la vitronectina, y dicha unión modifica su actividad; por ejemplo, el PAI-1 unido a vitronectina es un potente inhibidor de la trombina. El mecanismo de acción del PAI-1 es análogo al de la antitrombina. Se une a sus sustratos (t-PA y u-PA) formando inicialmente un complejo reversible, que luego se transforma en irreversible por el establecimiento de enlaces covalentes entre el centro activo del PAI-1 y el sitio catalítico de la proteasa. El TAFI es una glicoproteína de cadena simple con una masa de 60 kDa (25 % carbohidratos), sintetizada en el hígado, cuya concentración plasmática media es de aprox. 10 μg/L (166 nmol/L). Se lo llamó originalmente procarboxipeptidasa plasmática B, U ó R. El TAFI es un zimógeno que adquiere actividad de carboxipeptidasa por proteólisis. En las concentraciones elevadas que alcanza durante el proceso de hemostasia, la trombina soluble puede transformar por sí misma al TAFI a su forma activa (TAFIa). Presumiblemente esta acción es importante para prevenir la lisis prematura de un coágulo en formación. No obstante, el más potente activador del TAFI es la trombina unida a trombomodulina. El TAFIa corta los residuos de lisina carboxiterminales de la fibrina, con lo cual se reduce la afinidad del t-PA y del plasminógeno por la fibrina y decrece la formación de plasmina. Fig. 5: Respuesta fibrinolítica endotelial a un trombo luminal. Diversos agonistas estimulan, vía receptores acoplados a proteínas G (GPCR) la liberación de activador tisular del plasminógeno, t-PA (1) que es liberado (2) y se une a la fibrina (3), catalizando la formación de plasmina (4). La plasmina ataca la fibrina (5) y luego es inactivada por varias vías. FDPs, productos de degradación de la fibrina. De Oliver y col. (2005). Hemostasia Dr. Fernando D. Saraví 20 El TAFIa es inestable y su acción decrece espontáneamente. Debe notarse que la trombina unida a trombomodulina se torna un inhibidor importante tanto de la coagulación como de la fibrinólisis, ya que el complejo trombina-trombomodulina activa a la proteína C y al TAFI. Puede conjeturarse que esto contribuye al balance entre la tasa de formación y de degradación de la fibrina (Fig. 6). Finalmente, la acción fibrinolítica de la plasmina permanece localizada en la región donde es generada, ya que la forma soluble de la enzima es rápidamente inactivada en el plasma por la α2-macroglobulina y una serpina más específica llamada α2-antiplasmina (Fig. 5). Cabe destacar que la coagulación y la fibrinólisis tienen varias características generales comunes a ambas. Ambas son iniciadas por un factor liberado por células no hemáticas, respectivamente factor tisular y t-PA. En ambas hay conversión de zimógenos a proteasas activas. Ambos procesos tienen asas de retroalimentación positiva y por tanto luego de iniciados sufren amplificación local. Además, las serpinas o inhibidores específicos de proteasas antagonizan tanto la coagulación (TFPI, antitrombina) como la fibrinolisis (PAI-1, TAFI, antiplasmina). Finalmente, así como la como generación de trombina ocurre fisiológicamente sobre superficies celulares, también la plasmina puede generarse sobre la membrana de células que tienen receptores para plasminógeno. Evaluación de los mecanismos hemostáticos Existen numerosas pruebas de la función hemostática, de las cuales se mencionarán solamente las de uso más frecuentes para evaluar la fragilidad capilar, la función de las plaquetas y la coagulación. Fragilidad capilar La prueba de Rumpel-Leede o prueba del lazo se realiza actualmente mediante la insuflación del manguito (brazalete) de un esfigmomanómetro a un valor de presión intermedio entre las presiones arteriales sistólica y diastólica. Se marca sobre la piel un círculo de 3 cm de diámetro. Se deja el manguito inflado por 5 min. Normalmente deben aparecer menos de 20 petequias dentro del círculo. La prueba es positiva en el escorbuto, en el dengue y también en diversos trastornos que afectan las plaquetas. Plaquetas Recuento de plaquetas La concentración de plaquetas es normalmente de 140 000 a 400 000/mm3 (1 mm3 = 1 μL). Si las plaquetas son funcionalmente normales, la hemostasia no se afecta a menos que la concentración se reduzca por debajo de 50 000/mm3. Por debajo de este valor el riesgo de sangrado aumenta en forma proporcional al déficit. Cuando se informa un valor bajo en un análisis automatizado es necesario corroborarlo con el examen directo de un extendido, pues puede deberse a un artefacto. El recuento es bajo en la púrpura trombocitopénica idiomática, el hiperesplenismo y la coagulación intravascular diseminada, entre otros trastornos. Tiempo de sangría En esta prueba se punza la piel del lóbulo de la oreja o del pulpejo de un dedo con una lanceta descartable de tamaño estándar. Las gotas de sangre que se forman se secan con un papel de filtro. Normalmente la pérdida de sangre se detiene en 2.5 a 9.5 min. El tiempo de sangría se prolonga cuando existen alteraciones de las plaquetas cualitativas o cuantitativas (trombocitopenia), déficit del factor de von Fig. 6: Contribución de la trombina al balance entre formación y degradación de fibrina. PDF, productos de degradación de la fibrina. Basado en Nesheim (2003). Hemostasia Dr. Fernando D. Saraví 21 Willebrand o ingestión de fármacos antiagregantes plaquetarios como la aspirina. El tiempo de sangría generalmente no se afecta en las coagulopatías, pero puede variar según la técnica, la temperatura ambiental (si es alta causa vasodilatación), el espesor de la piel y la presencia de edema subcutáneo. Un tiempo de sangría prolongado es una indicación para realizar pruebas adicionales sobre la función plaquetaria. Factor de von Willebrand La enfermedad de von Willebrand es la diátesis hemorrágica hereditaria más común, y puede ser causada por alteraciones cuantitativas o cualitativas en el factor homónimo. La concentración del antígeno del factor de von Willebrand puede determinarse mediante un inmunoensayo. La función del factor de von Willebrand se explora mediante la prueba de agregación plaquetaria frente al agregado del antibiótico ristocetina. La agregación está disminuida en la mayoría de los casos, aunque en un subtipo la agregación puede estar normal y en otro subtipo aumentada. Cuando existe déficit de factor de von Willebrand debe también evaluarse el factor VIII, pues ambas proteínas circulan asociadas en el plasma. Agregación plaquetaria in vitro Las pruebas de agregación plaquetaria miden la respuesta de los trombocitos a diferentes agonistas como ADP, ácido araquidónico (se transforma en tromboxano A2), colágeno o adrenalina. La agregación es anormal en el déficit de la integrina IIb-IIIa (trombastenia de Glanzmann), de la integrina Ib-V-IX (síndrome de Bernard-Soulier), la administración de aspirina o fármacos similares y otras condiciones que afectan la función plaquetaria. Existen diversos métodos para evaluar la función plaquetaria in vitro, que se basan en diferentes principios,como por ejemplo la detección de la agregación mediante medición óptica o eléctrica (cambio de impedancia), la citometría de flujo y otras. Aquí describiremos brevemente un aparato empleado para medir el tiempo de formación del tapón plaquetario, llamado Analizador de Función Plaquetaria 100 (PFA-100); Fig. 7. Se coloca en el aparato una muestra de sangre entera citratada de 0,8 mL. El aparato emplea cartuchos con un extremo capilar y un orificio, con una membrana recubierta de colágeno en presencia de ADP o adrenalina. El extremo del capilar se sumerge en la muestra al tiempo que se ejerce presión subatmosférica (- 4 kPa) en el cartucho para aspirar la sangre con una alta tasa de corte (> 200 s-1). En sangre de sujetos normales, esto causa formación del tapón plaquetario y obstrucción del orificio al cabo de 1 a 3 min; este lapso se denomina tiempo de cierre. Coagulación Cuando se extrae sangre y se la deja coagular en un tubo de vidrio la coagulación se produce en 4 a 10 min. Este tiempo de coagulación es una prueba muy poco sensible y por esta razón ha sido reemplazada por otras, en las cuales la sangre se trata con un compuesto como citrato de Na o EDTA para eliminar el Ca2+ plasmático. La sangre así tratada permanece sin coagular. Por centrifugación se separan los elementos formes Hemostasia Dr. Fernando D. Saraví 22 del plasma y este último se emplea para las pruebas que se mencionan a continuación. Concentración de fibrinógeno La concentración de fibrinógeno normal es de 150 a 400 mg/dL. Puede estar bajo por afibrinogenemia o por consumo excesivo, por ejemplo en la coagulación intravascular diseminada. Los productos de degradación de la fibrina, en particular los dímeros D de fibrina, aumentan en plasma como resultado de la fibrinolisis. Tiempo de tromboplastina parcial activada Se mide el tiempo que demora en formarse un coágulo de fibrina en plasma citratado al cual se le agrega Ca2+, fosfolípidos y partículas que actúan como factor de contacto, como el kaolín (TTPK). El valor normal es de 25 a 39 s. El TTPK se prolonga en las deficiencias de factores de la vía intrinseca y común. Entre los primeros los más importantes son la hemofilia A (déficit de factor VIII) y hemofilia B (déficit de factor IX). Tiempo de protrombina Es el tiempo que demora en formarse el coágulo de fibrina en plasma citratado luego de agregar Ca2+ y tromboplastina (un extracto de factor tisular y fosfolípidos). Se prolonga en la deficiencia de factor VII, de algún factor de la vía final común (X, V, II ó I) y cuando el paciente recibe anticoagulantes orales del tipo de la dicumarina. El valor normal es de 10.5 a 14.5 s. Para el monitoreo de la terapia anticoagulante, se emplea la denominada razón normalizada internacional (INR, International Normalized Ratio), que es el cociente entre el tiempo de protrombina del paciente y el tiempo de protrombina normalizado según un patrón internacional. El INR oscila normalmente entre 0.78 y 1.22. En los pacientes anticoagulados se desea en la mayoría de los casos que el INR se mantenga entre 2 y 3. Si es menor que 2 aumenta el riesgo de trombosis, y si es mayor de 4 aumenta el riesgo de hemorragia. Tiempo de trombina Se determína el tiempo que demora en formarse el coágulo de fibrina luego de la adición de Ca2+ y trombina al plasma citratado. Es de 11.5 a 18.5 s. Se prolonga en la hipofibrinogenemia, en presencia de productos de degradación del fibrinógeno, heparina o inhibidores directos de la trombina. Estabilidad del coágulo Una vez formado el coágulo de fibrina, normalmente debe ser estable en urea 5 mol/L. El coágulo es soluble cuando hay un déficit severo (< 5 %) del factor XIII. Debe realizarse en trastornos hemorrágicos cuando el TTPK, el tiempo de protrombina y el tiempo de trombina son normales. Antitrombóticos y anticoagulantes En diversas condiciones clínicas, como la isquemia coronaria, está indicada la modificación farmacológica de mecanismos hemostáticos. Se mencionan algunos ejemplos. Antiagregantes plaquetarios Aspirina La aspirina o ácido acetilsalicílico inactiva irreversiblemente la ciclooxigenasa (COX) por acetilación. La ciclooxigenasa constituye el paso limitante en la síntesis de eicosanoides. En las plaquetas, la aspirina en bajas dosis (100 a 300 mg/día) reduce la síntesis de tromboxano A2, que es agonista central de la agregación plaquetaria. La inhibición de la COX endotelial podría tener efecto adverso por reducir la síntesis del antiagregante y vasodilatador, prostaciclina. No obstante, a diferencia de los trombocitos, las células endoteliales pueden sintetizar nueva COX. Además, las células endoteliales expresan constitutivamente COX2, que es menos sensible a la aspirina que la COX1 de las plaquetas. La aspirina también puede acetilar la integrina GP IIb-IIIa y con ello reducir la adhesión plaquetaria. La aspirina posee además propiedades anticoagulantes, ya que inhibe la síntesis de factor tisular y la generación de protrombina, de trombina y de factor XIIIa. Finalmente, la aspirina favorece la fibrinolisis por facilitación de la liberación de t-PA. Clopidogrel El clopidogrel es un profármaco que, luego de ser activado en el hígado, se torna un bloqueante específico de los receptores P2Y12 para ADP, el cual es un potente agonista para la activación de las plaquetas. Se emplea solo o combinado con aspirina para prevenir la trombosis cerebral o cardíaca (por ejemplo en pacientes sometidos a angioplastia coronaria). Hemostasia Dr. Fernando D. Saraví 23 Dipiridamol Es un inhibidor de la fosfodiesterasa cuya administración aumenta los niveles de cAMP en las plaquetas. Como agente antiplaquetario es mucho menos eficaz que los anteriores, pero se emplea junto con anticoagulantes orales para reducir el riesgo de embolia en pacientes con válvulas cardíacas artificiales. Antagonistas de la integrina IIb-IIIa La integrina IIb-IIIa tiene un papel importante en la agregación plaquetaria mediada por fibrinógeno, factor de von Willebrand y fibronectina. Recientemente se ha desarrollado varios bloqueantes de esta interacción: un fragmento Fab de anticuerpo (abciximab), un péptido (eptifibatide) y un fármaco no peptídico (tirofiban). Anticoagulantes Anticoagulantes de uso in vitro Son quelantes de los iones Ca2+ (esenciales en diversos pasos de la coagulación). El empleo del citrato de sodio fue iniciado por Luis Agote2. El método continúa en uso para el almacenamiento de sangre y para diversas pruebas de laboratorio. El ácido dietilaminotetraacético (EDTA) también puede emplearse para quelar el calcio. Los quelantes no pueden emplearse para la anticoagulación in vivo pues para anticoagular la sangre se requiere una reducción de la concentración de Ca2+ plasmático que no es compatible con la vida. Heparina y análogos La heparina es un glicosaminoglicano sintetizado por los mastocitos y almacenado en sus gránulos, que existe en formas de diverso tamaño molecular (5 a 30 kDa). Comercialmente se producen también derivados de menor masa molecular, que son actualmente los más empleados. La heparina es un potente anticoagulante tanto in vitro como in vivo. En este último caso 2 Luis Agote (1868-1954), doctor en medicina e investigador argentino, fue médico del Hospital Rawson y Profesor de Clínica Médica en la Universidad de Buenos Aires. Realizó la primera transfusión empleando sangre citratada el 9 de noviembre de 1914. Fue también un prolífico escritor y actuó en política como diputado y senador de la provincia de Buenos Aires. debe administrarse por vía parenteral (endovenosa o subcutánea, según el caso). La heparina aumenta la capacidad anticoagulante de la antitrombina, que inhibe a la trombina y otras proteasas de la coagulación, como los factores Xa yIXa. No es eficaz contra el factor VIIa. Por su acción rápida, la heparina se emplea en el tratamiento inicial de la trombosis venosa y la tromboembolia pulmonar, mientras se inicia la administración de un anticoagulante oral. También se indica en el tratamiento de la angina inestable y el infarto agudo de miocardio, durante la cirugía cardíaca con circulación extracorpórea y la angioplastia coronaria. Anticoagulantes orales En 1939 se descubrió un compuesto, el dicumarol, que causaba trastornos hemorrágicos en el ganado. Un análogo sintético más potente, la warfarina (de Wisconsin Alumni Research Foundation, la entidad que lo patentó) se introdujo como raticida en 1948. Desde 1951 se introdujo en terapéutica humana y su uso continúa hasta hoy. Otros fármacos como el acenocumarol y la anisindiona tienen efecto similar. La warfarina y sus análogos son antagonistas de la vitamina K, que es un cofactor indispensable para la carboxilación de los residuos de glutamato N-terminales de los factores II, VII, IX y X, la proteína C y la proteína S. Durante la reacción de carboxilación, la vitamina K se oxida y debe ser reducida por la enzima 2,3-epóxido reductasa. Esta enzima es inhibida por la warfarina. Por tanto, los factores se sintetizan pero al no ser carboxilados no pueden formar los correspondientes complejos procoagulantes. El efecto de los anticoagulantes orales se hace manifiesto luego de varios días de administración. Se emplean para la prevención de la trombosis asociada con ciertos procedimientos quirúrgicos, válvulas cardíacas artificiales y fibrilación auricular. También está indicada en la prevención secundaria a largo plazo de trombosis venosa y tromboembolismo pulmonar en pacientes inicialmente tratados con heparina. El grado de anticoagulación con la warfarina y análogos debe monitorearse periódicamente mediante la determinación seriada del tiempo de protrombina y del INR. La anticoagulación se considera apropiada si el INR está entre 2 y 3. Valores menores que 2 o mayores que 3 exigen, respectivamente, aumentar o disminuir la dosis del fármaco. Más recientemente se han sintetizado otros fármacos anticoagulantes orales, que son Hemostasia Dr. Fernando D. Saraví 24 inhibidores del factor Xa o del factor IIa (trombina). Entre los inhibidores del factor Xa están el apixaban y el rivaroxaban; entre los inhibidores de la trombina pueden mencionarse el dabigatrán y el ximelagatrán. Todos estos fármacos son muy eficaces, su efecto es rápido, se administran en una o dos dosis diarias y no requieren monitoreo del INR. No obstante, hay razones para dudar de su seguridad, ya que en diversos ensayos clínicos se ha encontrado una tasa inaceptablemente elevada de eventos hemorrágicos. Hemostasia: Sumario 1. La hemostasia es el conjunto de procesos que participan en detener la hemorragia luego de la lesión de un vaso sanguíneo. Tiene lugar en etapas sucesivas que se superponen espacial y temporalmente e interactúan entre sí: vasoconstricción, adhesión y activación de las plaquetas, y coagulación de la sangre. 2. La vasoconstricción se produce por un triple mecanismo: neurógenico, miógenico y hemogénico, este último debido a sustancias vasoconstrictoras, liberadas sobre todo por las plaquetas. La vasoconstricción aumenta la resistencia hemodinámica del vaso y tiende a reducir el flujo sanguíneo. 3. Las plaquetas o trombocitos prácticamente no interaccionan con el endotelio sano. Cuando éste se lesiona, comienza la adhesión de las plaquetas al tejido subendotelial expuesto. Una capa de trombocitos se adhiere al colágeno mediante ciertas integrinas presentes en la superficie plaquetaria, de manera indirecta mediada por el factor de von Willebrand (GP Ib-IX-V) y directamente mediante la integrinaVI. Estas uniones son inicialmente inestables. 4. Las uniones al colágeno se estabilizan porque las integrinas inician cascadas de señalamiento intracelular que involucran kinasas y aumento de la concentración de Ca2+ en el citosol plaquetario. Esto contribuye por un lado a activar la integrina GP IIb-IIIa, que por un lado se une al colágeno en una unión estable. Otras moléculas de GP IIb-IIIa se unen a sus homólogas de plaquetas circulantes, reclutando más trombocitos en el sitio lesionado. Esta unión es mediada por el factor de von Willebrand, el fibrinógeno o la fibronectina circulantes, que actúan como moléculas adaptadoras entre las integrinas GP IIb-IIIa de plaquetas adyacentes. 5. La onda inicial de activación iniciada por kinasas y Ca2+ dispara la liberación de los gránulos plaquetarios que contienen ADP y factores procoagulantes. Además las plaquetas activadas producen tromboxano A2. Estos mediadores solubles, junto con la trombina, son poderosos agonistas de la activación trombocítica, necesarios para la formación del tapón hemostático plaquetario. Los tres actúan mediante receptores acoplados a proteínas G. Además de liberar mediadores, las plaquetas despliegan en su superficie fosfolípidos aniónicos sobre los que se formarán los complejos que promueven la coagulación. 6. Mientras aún se está formando el tapón plaquetario, se inicia el proceso de coagulación que concluye en la formación de una red de fibrina insoulble. Se describen clásicamente dos vías de la coagulación in vitro, llamadas extrínseca e intrínseca. No obstante in vivo las vías clásicas de la coagulación no son caminos alternativos sino complementarios, ya que la vía extrínseca inicia el proceso de formación de trombina que luego se amplifica por la vía intrínseca ensamblada sobre la superficie de las plaquetas activadas. 7. Los factores de la coagulación II, VII, IX y X son proteasas de serina que tienen residuos de carboxiglutamato con los cuales se acoplan, mediante Ca2+, a los fosfolípidos formando complejos enzimáticos muy eficaces. 8. La vía extrínseca se activa más precozmente por la presencia de factor tisular (III) en la superficie de las células subendoteliales. El factor tisular interactúa con el factor VII plasmático y, en presencia de Ca2+ y fosfolípidos activa al factor X a Xa. El factor Xa cataliza la formación de pequeñas cantidades de trombina y de factor IXa (este último de la vía intrínseca). La trombina y el factor IXa difunden a las plaquetas del tapón vecino. 9. En la superficie de las plaquetas activadas, la trombina activa a los factores V, VIII y XI. El factor XIa activa al IX, y el factor IXa en presencia de factor VIIIa activa al X, y el factor Xa en presencia de factor Va transforma la protrombina en trombina. La trombina transforma al fibrinógeno en fibrina, que se polimeriza espontáneamente. La trombina también activa al factor XIII. El factor XIIIa es una transglutaminasa que forma enlaces covalentes en la red de fibrina y la torna insoluble. Hemostasia Dr. Fernando D. Saraví 25 10. La magnitud del proceso de coagulación y su localización en la zona lesionada se controla en primer lugar porque las proteasas VIIa, IXa y Xa tienen escasa actividad cuando no forman un complejo. La trombina sí es activa en su forma soluble, pero es inactivada por la antitrombina que, en presencia de heparina se une a ella de manera irreversible. 11. El endotelio sano contribuye a limitar los fenómenos hemostáticos porque libera sustancias vasodilatadores y antiagregantes plaquetarias, en particular NO y prostaciclina. Tiene además una molécula de adhesión (PECAM-1) que se une a otra similar de las plaquetas e inhibe su activación. 12. El endotelio posee una proteína llamada TFPI que inhibe a los factores VIIa y Xa que están unidos al factor tisular. Además una proteína integral de la membrana endotelial llamada trombomodulina liga la trombina y cambia su especificidad de sustrato. El complejo trombina-trombomodulina activa a la proteína C (que se liga al endotelio mediante receptores específicos).La proteína C, en presencia de proteína S y de factor V degrada a los cofactores Va y VIIIa. 13. Una vez producida la hemostasia e iniciado el proceso de reparación de la pared vascular, el coágulo debe ser disuelto. Un zimógeno circulante, el plasminógeno, y su activador de origen principalmente endotelial, llamado t-PA, se unen a la fibrina. El t-PA transforma al plasminógeno en plasmina, la cual digiere a la fibrina. 14. La fibrinólisis también es un proceso regulado. La actividad proteolítica del t-PA es suprimida por inhibidores de PA, principalmente PAI-1 de origen endotelial. Además la trombina activa a otro inhibidor llamado TAFI. Finalmente, la plasmina que se desprende de la fibrina es rápidamente inactivada por inhibidores circulantes. 15. Existen diversas pruebas de función hemostática. Con respecto a los trombocitos se emplea el recuento de plaquetas, el tiempo de sangría, la determinación del antígeno del factor de von Willebrand y pruebas de agregación plaquetaria inducida in vitro. 16. La coagulación se evalúa por medio del tiempo de tromboplastina parcial activada con kaolín (TTPK) que se prolonga en defectos de la vía intrínseca (por ejemplo de los factores IX y VIII) y el tiempo de protrombina que se alarga en la deficiencia de factor VII (vía extrínseca). Si ambos tiempos están prolongados, el defecto puede estar en la vía común (factores X y V, protrombina y fibrinógeno). El tiempo de trombina se prolonga cuando hay hipofibrinogenemia o alteraciones cualtitativas del fibrinógeno. La estabilidad de la red de fibrina en urea 5 mol/L se altera en la deficiencia de factor XIII. 17. La hemostasia es susceptible de manipulación farmacológica. La aspirina y el clopidogrel son fármacos que inhiben la agregación plaquetaria. Los quelantes de Ca2+se emplean como anticoagulantes de uso in vitro. La heparina tiene actividad anticoagulante tanto in vitro como in vivo. Los antagonistas de la vitamina K, como la warfarina, suprimen la carboxilación de los residuos de glutamato de los factores I, VII, IX y X. Son activos unicamente in vivo y su efecto se manifiesta al cabo de varios días de administración. Más recientemente se han desarrollado inhibidores directos del factor Xa y la trombina.