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Transcripción

1 Figura 3-4. (A) El proceso de la fosforilación oxidativa que tiene lugar en el interior de la mitocondria. La producción de trifosfato de adenosina (ATP) está vinculada directamente con el uso de un gradiente de protones que ha sido generado en respuesta al transporte de electrones después de la oxidación de la nicotinamida adenina dinucleótido (NADH). El gradiente de protones proporciona el poder de fijar un fosfato (Pi) alto en energía al difosfato de adenosina con lo que resulta ATP. (B) Mecanismo de acción de las toxinas capaces de producir hipertermia. La toxina se inserta ella misma dentro de la membrana mitocondrial. Muchas de estas toxinas después sirven como lanzadera para protones. Los protones son transportados hacia la concentración de gradiente. La oxidación de NADH continúa sin relacionar la energía de la oxidación para el transporte de electrones. El resultado es la generación de calor y una disminución en la producción de ATP. A B 52 M ANUAL DE TOXICOLOGÍA VETERINARIA

2 Mecanismos de muerte celular General A pesar de los factores etiológicos que intervienen en la muerte celular hay ciertas generalidades. En las etapas iniciales, muchos de estos procesos son reversibles. Objetivos celulares de los procesos de muerte celular: Homeostasis iónica (membrana celular). Respiración aeróbica (mitocondria). Síntesis de proteína (núcleo y retículo endoplasmático). Ácido desoxiribonucleico (ADN) y ácido ribonucleico (ARN) (núcleo). Mecanismos o procesos de muerte celular: Depleción de ATP alterando el metabolismo aeróbico u oxidativo. Producción de radicales libres derivados del oxígeno. Alteración de la concentración de calcio intracelular. Lesión irreversible de la mitocondria. Muchos de los procesos exteriores conducen a unas vías comunes finales de la muerte celular: Necrosis. Apoptosis. Es importante comprender los mecanismos de la acción de una toxina que conducen a la muerte celular: El profesional veterinario podrá escoger una pauta de terapia con un mejor criterio. Ante la insuficiencia de verdaderos antídotos en la medicina veterinaria, es importante tener un amplio conocimiento de la patofisiología. Los mecanismos de acción de las toxinas y la muerte celular no se restringen a la toxicología. Están involucrados en las enfermedades infecciosas, endocrinopatía, cáncer y otras alteraciones. Los procesos descritos son una introducción a la patofisiología de la muerte celular. Se tratan los aspectos de estos procesos que están más comúnmente aceptados. Esta es un área de la ciencia en continua evolución, por lo que es importante mantenerse al día (Figuras 3-5 y 3-6). Muerte celular mediada por calcio Una vía final habitual para muchas toxinas (Figura 3-7). La ajustada relación del calcio intracelular es responsable de muchos mecanismos fisiológicos normales: 3 PATOFISIOLOGÍA DE LOS MECANISMOS SELECCIONADOS 53

3 Figura 3-5. Célula completamente funcional. La membrana celular es una barrera efectiva que mantiene la homeostasis iónica. Las concentraciones de sodio y calcio fuera de la membrana celular son mayores, y la concentración de potasio es mayor dentro de la célula. El núcleo está enviando RNA mensajero hacia el retículo endoplásmico rugoso para producir proteínas. La mitocondria está compacta y produce ATP para estimular la síntesis de proteína y las ATPasas responsables de mantener los gradientes de iones. Figura 3-6. Célula disfuncional muriéndose. Esta hipotética célula ha sido expuesta a una toxina. La toxina ha alterado la estructura y función de la membrana celular en la prevención de producción de gradientes de iones (nótense los huecos intermembrana). La toxina ha provocado directa e indirectamente (por medio de cationes) cambios en la estructura de la capa nuclear y ha disminuido la síntesis de proteína. La toxina ha actuado directa e indirectamente (cationes) en la mitocondria, disminuyendo la producción de ATP (nótese la hinchazón de la mitocondria). La toxina ha inducido la producción de especies oxígeno reactivas. Esto ha aumentado la permeabilidad de la mitocondria y una reacción en cadena de peroxidación en la membrana celular. 54 M ANUAL DE TOXICOLOGÍA VETERINARIA

4 Figura 3-7. Mecanismo de muerte celular mediado por calcio. Una toxina interacciona con una célula y altera la homeostasis del calcio. El calcio puede entrar a través del canal de calcio o del intercambio calcio-sodio. La célula prueba a adaptarse acumulando calcio en la mitocondria y en el retículo endoplásmico. Al entrar más calcio se introduce en el citoplasma, activa las enzimas calcio-dependientes en la célula. Estas enzimas pasan a degradar la integridad estructural de la célula. Liberación de neurotransmisores. Contracción músculo-esquelética. Contracción cardiaca normal. El calcio también sirve como gatillo celular que conduce a la muerte celular, por ejemplo: Glutamato, neurotransmisor excitante, el cual induce a apoptosis y necrosis a través de la estimulación masiva de la entrada de calcio. Activación cálcica de las proteasas: Caspasas. Calpainas. Activación cálcica de los sistemas de enzimas que generan radicales libres de oxígeno: Óxido nítrico sintasa. Daño al ADN, proteínas celulares y membranas. Otros radicales libres incluyen las especies oxígeno reactivas: Superóxido. Peróxido de hidrógeno. Radical hidroxilo. 3 PATOFISIOLOGÍA DE LOS MECANISMOS SELECCIONADOS 55

5 Apoptosis y Necrosis General Hay dos tipos de muerte celular: apoptosis y necrosis. De todo el espectro de muerte celular, representan las vías finales. Representan una vía final común que puede compartir señales: La apoptosis o necrosis puede ser inducida por: Especies oxígeno reactivas. Alteración del ADN o cromatina. Aumento del calcio intracelular. Apoptosis Muerte celular programada: Proceso fisiológico normal. Estrechamente regulado. Mediado por muchos factores, incluidas toxinas. Controlado por muchos genes o productos de genes. Causa lo siguiente: Contracción celular. Condensación de la cromatina. Formación de cuerpos apoptóticos. Fragmentos de células densamente repletos. Fagocitosis de los cuerpos apoptóticos sin inflamación. COMPONENTES REGULADORES bcl-2 (B-célula linfoma-leucemia-2-gen) Es una proteína antiapoptosis localizada en: El exterior de la membrana mitocondrial. La membrana nuclear. La membrana del retículo endoplásmico. Previene la mayoría -pero no todas- las formas de apoptosis. Estimulantes capaces de inducir apoptosis: Bax: Relacionado con la bcl-2. Estimula en lugar de inhibir la apoptosis. Oncogen c-myc: Puede inducir apoptosis. Si se combina con la bcl-2 puede favorecer la supervivencia de la célula. p53. Efectores de la vía de la apoptosis: Caspasas. 56 M ANUAL DE TOXICOLOGÍA VETERINARIA

6 VÍA DE LA APOPTOSIS Gatillo (toxina). Activación de un sistema de segundo mensajero: Transcripción de genes. Incremento del calcio intracelular. Activación de las enzimas calcio dependientes. Activación de un promotor de la apoptosis: Bax. p53. Permeabilidad de la membrana mitocondrial aumentada: Despolarización mitocondrial. Liberación citoplásmica de citocromo c. Activación de múltiples capsasas. Actividad aumentada de: Proteasas (contracción celular). Endonucleasas (fragmentación del ADN). Engullida por los fagocitos. Necrosis Otro de los finales de muerte celular. No regulado. Un punto sin retorno: Las células dañadas intentan preservar el núcleo y la membrana celular. Cuando ya no pueden realizarse más adaptaciones, la célula empieza el proceso necrótico. Es similar a la apoptosis en: Las señales (muchas, incluyendo las toxinas). Los procesos calcio-mediados afectando a los cambios celulares. Difiere de la apoptosis en: Hinchazón celular. Núcleo fragmentado. Inflamación. Ruptura de la membrana celular, que provoca el escape de los componentes intracelulares. Patofisiología de la generación de radicales libres Un radical libre es una especie química que resulta de un elemento o componente que tiene un electrón libre o reactivo en el exterior de su órbita. Los radicales libres se producen en respuesta al metabolismo. 3 PATOFISIOLOGÍA DE LOS MECANISMOS SELECCIONADOS 57

7 TIPOS (ESPECIES) DE RADICALES LIBRES COMUNES Aniones superóxido. Peróxido de hidrógeno. Peróxidos. Radicales hidroxilo. DESTINO DE LOS RADICALES LIBRES La vida media de un radical libre puede oscilar entre un nanosegundo y un milisegundo. Los radicales libres son especies químicas altamente reactivas con elevada inestabilidad electrónica, lo que causa que se generen nuevos radicales libres. Si un radical libre interactúa con otro radical libre, se produce una especie inerte que ya no es reactiva. CONSECUENCIAS DE LA PRODUCCIÓN DE RADICALES LIBRES Peroxidación de los lípidos de las membranas celulares. División del ADN. Destrucción de enzimas de los sistemas enzimáticos. CAPTADORES ENDÓGENOS DE RADICALES LIBRES Glutatión. Dismutasa superoxidasa. Catalasa. TOXINAS QUE GENERAN RADICALES LIBRES Ver las figuras desde 3-8 hasta Figura 3-8. Ruta de generación del anión superóxido. Figura 3-9. Reacción de Haber-Weiss para la producción de radicales hidroxilos. 58 M ANUAL DE TOXICOLOGÍA VETERINARIA

8 Figura Reacción catalizada por el enzima catalasa en la que el peróxido de hidrógeno es detoxificado con la producción de agua e hidrógeno. Figura Producción de peróxido de hidrógeno especie reactiva al oxígeno. Los radicales hidroperoxilos son radicales inestables, de corta vida, que producen peróxido de hidrógeno y oxígeno. Figura Reacción catalizada por la dismutasa superoxidasa. Esta enzima reduce la reactividad del anión superóxido por la formación de peróxido de hidrógeno y oxígeno. Figura Reacción de Fenton. Interacción del peróxido de hidrógeno con el hierro ferroso obteniéndose hierro férrico e iones reactivos. 3 PATOFISIOLOGÍA DE LOS MECANISMOS SELECCIONADOS 59