L. Piñas Caballero y M. López. TEMA 2: Lesiones inducidas por radicales libres. Necrosis: Morfología y tipos.

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1 L. Piñas Caballero y M. López TEMA 2: Lesiones inducidas por radicales libres. Necrosis: Morfología y tipos. Enero de Revisado en Enero de 2007 y Enero de 2008

2 RADICALES LIBRES. 18 Se denominan radicales libres a moléculas reactivas que tienen un único electrón (un número impar de electrones en los orbitales periféricos) en su orbital externo, como por ejemplo: iones metálicos, el átomo de hidrógeno o algunos compuestos inorgánicos comunes como óxido nítrico (NO) o dióxido de nitrógeno (NO2), aunque cualquier compuesto se puede transformar en un radical libre al ganar un electrón adicional. Los iones metálicos son los más predidpuestos a captar esa reactividad (tiene gran importancia el Hierro). La mayor parte de las causas de lesión celular actúan por medio de la formación de radicales libres: inamación, isquemia, reperfusión y fagocitosis. Los radicales libres, son muy inestables y actúan reaccionando con cualquier elemento orgánico o inorgánico de la célula para iniciar un proceso de autocatílisis que se extiende en cadena de molécula a molécula. Estas reacciones comprometen la integridad funcional de las proteínas, los lípidos, los hidratos de carbono y ácidos nucleicos. En el organismo se forman por los siguientes mecanismos: 1. Absorción de energía radiante: Con especial importancia la luz ultravioleta y los rayosx. Todas estas exposiciones son acumulativas. 2. Reacciones endógenas oxidativas de las rutas metabólicas normales 3. Metabolismo enzimático de sustancias químicas y fármacos: por ejemplo CCl3 y CCl4. 4. Radicales derivados del oxígeno: la presencia de oxígeno intracelular genera especies de oxígeno intermedias, parcialmente reducidas, que son tóxicos celulares que actúan como radicales libres. Las formas más importantes así generadas son: El superóxido. Se origina por génesis directa durante la autooxidación en las mitocondrias o enzimáticamente por las enzimas citoplasmáticas como la xantina oxidasa, el citocromo P450 y otras oxidasas. Una vez producido puede ser inactivado espontáneamente o, más rápidamente por la enzima superóxido dismutasa; formándose peróxido de hidrógeno. El peróxido de hidrógeno. Producido por dismutación del superóxido o directamente por las oxidasas presentes en los peroxisomas. Los iones hidroxilo. También llamados radicales hidroxilos son producidos de varias formas: a) hidrólisis del agua por radiaciones ionizantes b) por interacciones de metales transicionales con el peróxido de hidrógeno, como por ejemplo: Reacción FENTON: Fe++ y H2O2 = ión hidroxilo Reacción HABER-WEISS: H2O = ión hidroxilo 5. Radicales derivados del óxido nítrico (NO): El oxido nítrico es un importante mediador químico que se puede convertir en un radical libre bastante dañino al reaccionar con el superóxido o el ión hidroxilo, generándose formas dañinas como el: anión peroxinitrito. EFECTOS DE LOS RADICALES LIBRES SOBRE LAS BIOMOLECULAS. Los efectos principales de estas formas reactivas van a producir daños en las membranas, la peroxidación de los lípidos de membrana generalmente por los radicales hidroxilo que reaccionan con los ácidos grasos insaturados, o por peroxidación en presencia de O2, enlaces suldrilos de las proteínas (génesis de puentes cruzados) y daños en el ADN (mutaciones del código genético por el cambio de bases que si no son reparadas conducen a alteraciones celulares e inhibición de la replicación del ADN). Peroxidación de los lípidos de las membranas:

3 Los lípidos poliinsaturados como los que están en las membranas, tienen enlaces dobles entre algunos de los átomos de carbono. Dichos enlaces son vulnerables al ataque de radicales libres derivados del oxígeno. Las interacciones lípido - radical generan peróxidos que son muy reactivos e inestables y se produce una reacción autolítica en cadena originando una lesión en las membranas que dañará los organelosy por lo tanto a la célula. 19 DESAPARICIÓN DE LOS RADICALES. Existen varios sistemas que contribuyen a la terminación o inactivación de las reacciones de los radicales libres: 1. Los antioxidantes exógenos o endógenos, como la vitamina E, los compuestos que contienen sulfhidrilo (cisterna, glutation, D-penicilamina), proteínas séricas como la ceruloplasmina y transferrina, bloquean la iniciación de la formación de radicales libres o los inactivan eliminándolos. 2. Enzima eliminadoras (gran importancia en mitocondrias y en peroxisomas): Hay una serie de enzimas, que se encargan de eliminar radicales libres haciendo con ellos reacciones: SUPERÓXIDO DISMUTASA: que transforma el superóxido en peróxido de hidrógeno. CATALASA: que reside en los peroxisomas y se encarga de descomponer el peróxido de hidrógeno en dos moléculas de agua y una de oxígeno. GLUTATION PEROXIDASA: que cataliza la facultad del glutation reducido de liberar hidrógeno del SH a radical hidroxilo o a peróxido de hidrógeno. 3. Eliminación por desaparición espontánea al existir un sistema de reacción óptima. EL CALCIO Y LA LESIÓN TISULAR. Cuando dentro de una célula sube el nivel citosólico de calcio, se activan en ella una serie de enzimas como: Fosfolipasa Atp-asa Proteasa que generan lesiones celulares en los fosfolípidos, se produce una disminución del ATP y se rompen las membranas y proteínas del citoesqueleto. Son agresiones tan perjudiciales para la célula como las causadas por los radicales libres. Por lo tanto: El nivel elevado del ión de calcio intracelular activa enzimas citolíticas empleadas en el proceso de apoptosis que van a desencadenar en la célula de fenómenos dañinos. EL CALCIO EN ELEVADAS CONCENTRACIONES INTRACELULALARES ES UN AGENTE DAÑINO DE MAGNITUD COM- PARADA A LOS RADICALES LIBRES. MUERTE CELULAR: NECROBIOSIS Y NECROSIS. Morfología de la lesión: Los cambios morfológicos inducidos por varios estímulos se pueden dividir en: 1. Patrones de lesión celular aguda: Pueden ser reversibles (tumefacción celular aguda y los cambios adiposos) o irreversibles (necrosis y apoptosis). 2. Alteraciones subcelulares que se presentan como respuestas a estímulos nocivos crónicos.

4 3. Acumulaciones intracelulares de numerosas sustancias (lípidos, carbohidratos...) como resultado de alteraciones en el metabolismo. NECROBIOSIS: Son el conjunto de alteraciones subletales que se producen en la célula. La gran mayoría de ellas son reversibles. La célula que avanza por este camino sufre 4 estadíos: 1. TUMEFACCIÓN CELULAR AGUDA. (reversible) Es la primera manifestación ante cualquier agresión aguda y se produce por entrada de agua y/o acumulación de grasa. Cualquier agresión que consiga dañar la membrana plasmática provoca entrada de agua en la célula o degeneración hidrópica. La célula aparece hinchada y con hiperclaridad citoplasmática. Comienza por las mitocondrias y luego afecta al Retículo Endoplásmico y al Aparato de Golgi. 2. DEPLECCIÓN DEL GLUCÓGENO. Como resultado de la paralización de la fosforilación oxidativa, y dado que como la célula sigue buscando fuentes energéticas mediante vías metabólicas alternativas la consecuencia inmediata será un aumento del ácido láctico, liberación de enzimas lisosomiales (por la disminución del Ph), liberación de radicales libres y aumento de la presión osmótica que tendrá como resultado la entrada en la élula de más agua. 3. MODIFICACIONES DE LAS MEMBRANAS. (irreversible y signo de necrosis celular inmediata) Es un estadío avanzado y pueden ser modicaciones en forma de : vesículas, guras de mielina, reacciones de precipitación y coagulación del citoplasma supercial. 4. CAMBIOS EN LOS ORGÁNULOS CELULARES. (necrosis activa) NECROSIS: Daño celular letal e irreversible. Son los cambios morfologicos que siguen a la muerte celular en un organismo o tejido vivo, y que se deben a la progresiva acción degradativa de las enzimas sobre las células lesionadas de forma letal. Es por lo tanto la parada denitiva de todas las funciones de la célula. Se puede considerar que inicialmente la célula sufre una serie de modicaciones necrobióticas hasta el punto en que es imposible el retorno y desemboca irremediablemente en la necrosis. Hay dos procesos que desencadenan los cambios de necrosis: 1. La digestión enzimática de la célula. Vamos a distinguir la autolisis (los enzimas derivan de los lisosomas de la propia célula) y la heterolisis (los enzimas son de los lisosomas de los leucocitos). 2. Desnaturalización de proteinas. Son lesiones prenecróticas y necróticas, como: dilatación y fragmentación de cisternas del RER, REL, disociación de ribosomas, rotura de membranas con formación de guaras de mielina, dilatación de cisternas y disolución del aparato de Golgi además de tumefacción mitocondrial. MORFOLOGÍA DE LAS CÉLULAS NECRÓTICAS: La célula muerta suele mostrar una serie de características comunes a todas las células en necrosis que son básicamente las siguientes: a) en el citoplasma: Marcada eosinolia Aspecto más esmerilado y homogéneo, por la pérdida del glucógeno Desaparición de orgánulos Vacuolización generalizada Rotura de membranas Densidades oculentas en las mitocondrias b) en el núcleo: Rotura de las membranas Cariolisis o disolución nuclear Cariorrexis o fragmentación del núcleo 20

5 Picnosis o condensación del núcleo. La cariolisis y la cariorrexis se pueden dar colectivamente o individualmente. Si se da colectivamente dependerá de la forma que predomine una u otra. 21 TIPOS DE NECROSIS. Los tipos de necrosis son muy variados, dependiendo de la causa, del tipo de tejido, de la rapidez de instauración y de la temperatura. Los tipos fundamentales de necrosis son 5 y luego pueden describirse 3 más que se dan en características especiales: 1. NECROSIS POR COAGULACIÓN. Se produce por una desnaturalización de las proteínas que causa una coagulación de las mismas. Es la forma más frecuente de necrosis y se ocasiona una pérdida de agua que genera la conversión de las células en una lápida acidóla y opaca, con pérdida del núcleo pero conservación de la morfología estructural del tejido. No hay liberación enzimática ni compromiso de membranas, por ello la célula queda momicada. Puede afectar a grupos de células independientes y sobre las áreas de necrosis es frecuente que se deposite calcio. Suele ser consecuencia de una isquemia grave y brusca y se dá frecuentemente en órganos sólidos como: riñón, bazo, corazón, y en los tumores de crecimiento rápido y en las necrosis producidas por quemaduras de ácidos o bases fuertes. 2. NECROSIS CASEOSA. Es una forma típica de necrosis de tuberculosis y algunas enfermedades infecciosas granulomatosas como la tularemia, sílis, lepra o histoplasmosis. Se genera un proceso de necrosis por coagulación a la que se añaden lípidos complejos procedentes de la cápsula de los bacilos destruidos, que los macrófagos no son capaces de fagocitar. Al microscopio se observa una masa poco estructurada, homogénea y eosinóla, con un núcleo central caseoso. También es frecuente la calcicación. 3. NECROSIS POR LICUEFACCIÓN O COALICUATIVA. Es la consecuencia de la acción de potentes enzimas hidrolíticos producida cuando prevalece la autólisis y heterólisis sobre otras circunstancias. Es el patrón característico de necrosis del tejido cerebral y de las inamaciones purulentas, sobre todo en las lesiones isquémicas, aunque también aparece en algunas necrosis cerebrales bacterianas. En este tipo de necrosis el tejido se transforma en una masa de detritus que tiende a salir y forma fístulas de trayectos irregulares que desembocan en cavidades naturales o en la supercie epidérmica. 4. NECROSIS GANGRENOSA. Se produce en los tejidos mesenquimales, especialmente en las extremidades inferiores, por un proceso de isquemia, generalmente debido a trombosis o arteriopatias, que posteriormente sufre una sobreinfección. - Los tejidos experimentan muerte celular de tipo isquémico y necrosis de coagulación como primer patrón. Este tipo de necrosis produce una desecación de la extremidad, generándose GANGRENA SECA. - Posteriormente se genera una necrosis de coagulación modicada por la acción colicuativa de las bacterias y de los leucocitos que están inltrando el tejido. Este tipo de necrosis genera tejido crepitante, bullas de gas y al ser líquida (coalicuativa) se conoce con el nombre de GANGRENA HÚMEDA. 5. NECROSIS QUÍMICA. Es una forma de necrosis colicuativa producida por ácidos o álcalis fuertes segregados por el páncreas exocrino como ocurre en la pancreatitis aguda y en algunos tumores pancreáticos. Las proteasas digieren los tejidos, incluidos los vasos sanguíneos y las lipasas hidrolizan la grasa peripancreática, epiploica y del meso. Microscópicamente se forma una masa de células digeridas y necróticas y se forman focos de calcicación frecuentemente. 6. NECROSIS HEMORRÁGICA. Se produce por un acúmulo de sangre en los tejidos que causa una necrosis tisular de carácter isquémico. El tejido aparece de color morado por la hemoglobina reducida y suele darse en: infecciones con lesión de la pared de los vasos, infartos hemorrágicos de órganos con doble

6 circulación, hemorragias intraparenquimatosas y en el hígado en los pacientes con insuciencia cardíaca derecha grave. 7. NECROSIS GRASA DE ORIGEN TRAUMÁTICO. Los traumatismos sobre el tejido graso producen una rotura de adipocitos con la consiguiente liberación de grasas neutras que son fagocitadas por macrófagos y células gigantes multinucleadas. Sobre el foco de necrosis aparece luego tejido denso y cicatricial. Es la necrosis típica de la post-cirugía de mama y puede llevar a confusión sobre un nuevo carcinoma radiológica y clínicamente. 8. NECROSIS FIBRINOIDE. Se produce por depósito de brina en los tejidos por un mecanismo no conocido. Es la forma más característica de necrosis en las enfermedades en que se dan depósitos de inmunocomplejos. La producción y acúmulo de inmunoglobulinas bloque los vasos, (ya que se deposita preferentemente en la pared y alrededor de los mismos) y se genera necrosis. 22