Inflamación y reparación tisular

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1 5 Inflamación y reparación tisular Pedro Valencia Mayoral y Carlos A. Serrano Bello Introducción Desde los inicios mismos de la vida en la tierra (hace más de 4.2 billones de años), los seres vivos se han enfrentado a la necesidad de protegerse ante agentes externos nocivos, desarrollaron un primer sistema de defensa conocido como fagocitosis (consistía en englobar agentes externos dañinos y, por decirlo de alguna manera, neutralizar su posible agresión); más tarde, a medida que los seres vivos evolucionaban hacia formas más complejas, las especies fueron perfeccionando sus sistemas de protección, los más desarrollados y que cuentan con tejidos vascularizados desplegaron un sistema que no sólo tiene el fin defensivo de aislar y destruir al agente dañino, sino que también inician y orquestan el proceso de autorreparación de los tejidos, ese sistema es conocido como inflamación (del latín inflammatio encender, hacer fuego ). 1,2 La inflamación es en sí un proceso reactivo, complejo, inespecífico, que se caracteriza por modificaciones locales, coordinadas, de los vasos sanguíneos (endotelio) y tejido conjuntivo, que puede alterar la homeostasis general y cuya función es localizar, eliminar, o al menos aislar el agente lesivo, que finaliza en la reparación del tejido lesionado. Desde las civilizaciones egipcias más antiguas (poco más de años), se han escrito estos procesos, posteriormente mejor caracterizados por los griegos (phlegmone era la palabra griega que en los tiempos de Hipócrates denominaba a la inflamación) y romanos como Galeno y Celso que caracterizaron las cinco propiedades clínicas de la inflamación: rubor, tumefacción, calor, dolor (rubor et tumorcum calore et dolore). En 1858, Virchow añadió: 5 pérdida o disminución de la función (et functio laesa) En 1783, J. Hunter escribió su tratado Blood, Inflammation and gunshot wounds, en donde estableció que la inflamación tenía un efecto benéfico y saludable. En 1867, J. Cohnheim, discípulo de Virchow, escribió como resultado de sus investigaciones en la lengua de las ranas vivas, que los cuatro signos principales de Celso podrían explicarse por aumento en la permeabilidad vascular. En 1882, E. Metchnikoff describió el proceso de la fagocitosis y propuso que llevarla al sitio dañado era el propósito del proceso inflamatorio; mientras tanto, P. Erlich sostenía que la inflamación se lleva a cabo para trasladar sustancias neutralizantes (teoría humoral) frente a los agentes infecciosos. Por último, T. Lewis, con su sencillo y clásico experimento en el que describió la triple respuesta a la agresión, estableció que había sustancias químicas que intervenían en el desarrollo de los cambios vasculares observados en la inflamación, desde entonces se han publicado miles de trabajos sobre el tema, lo que ha permitido conocer cada vez con mayor detalle la serie de eventos que regulan y llevan a cabo el proceso inflamatorio. El proceso inflamatorio se sucede sólo en los tejidos vascularizados, y consiste en una serie de fenómenos automáticos que tienen el propósito aparente de llevar líquidos, sustancias reactantes y células efectoras al sitio donde se produjo primero el daño, de esta manera la inflamación puede definirse como la respuesta de los tejidos vascularizados a la agresión. 1,3,4 Aunque la inflamación es un fenómeno biológico adquirido durante la evolución, cuyo propósito es eliminar o limitar el daño y repararlo, sus efectos son potencialmente deletéreos para el organismo y se convierte así en una espada de dos filos: una vez desencadenado el proceso, puede provocar enfermedades graves. La reacción inflamatoria

2 Capítulo 5 Inflamación y reparación tisular 49 es la base donde se asientan los trastornos reumatológicos y su tratamiento (antiinflamatorio), por lo que mientras se aumente el conocimiento sobre la respuesta inflamatoria, aumentaran también las posibilidades de ofrecer tratamiento cada vez más adecuado a los pacientes. Casi cualquier agente (físico, químico o biológico) que pueda dañar a las células es capaz de desencadenar la respuesta inflamatoria. El fenómeno inflamatorio es una respuesta biológica estereotipada, es decir, los mecanismos que intervienen en su producción son los mismos, independientemente del agente que lo causó y el sitio donde se asiente. La inflamación se divide en aguda y crónica, dependiendo del tiempo de evolución, y aunque ambas comparten mecanismos comunes, presentan peculiaridades que las distinguen. Fases de la inflamación Para su estudio, la inflamación se divide en diversas fases, desencadenadas todas ellas por un daño endotelial que puede ser de distintos orígenes, en general se resumen como: agentes f ísicos (calor, radiación, trauma, etc.); agentes químicos (toxinas, agentes corrosivos, etc.) y agentes biológicos (bacterias, hongos, virus, parásitos, etc.); dichas fases tienen como fin aumentar el flujo sanguíneo hacia la zona donde se produjo el daño, facilitar la migración de células inflamatorias, propiciar y activar a las propias células inflamatorias con el fin de combatir así el proceso lesivo; estas fases son: a) cambios físicos en los vasos, b) alteraciones estructurales de la microvasculatura (facilitar a las células inflamatorias su migración) y c) activación del componente celular (adhesión, migración y activación de leucocitos). Cambios vasculares Este primer proceso inflamatorio tiene como fin maximizar el traslado de los leucocitos al sitio de la lesión, inicia con la dilatación arteriolar y capilar que va precedida por un espasmo transitorio de hasta 3 a 5 s, dicha dilatación explica el eritema y el calor en el sitio lesionado, esta dilatación vascular es regulada por mediadores químicos, la histamina y el ácido nítrico son los principales, esto produce un aumento de la presión hidrostática intravascular que favorece la salida de líquidos y moléculas de bajo peso desde el interior del vaso hacia el intersticio (trasudado); esta pérdida de líquido en los vasos lleva a la concentración de eritrocitos (estasis), sobre todo en la zona central (inversión del flujo axial), desplazando a los leucocitos a la periferia (marginación), donde las células del endotelio, principalmente de las vénulas, se contraen con la subsiguiente separación de las uniones intercelulares, llevando a la adhesión y salida posterior de leucocitos al intersticio. Cambios celulares Se refieren al paso que hay desde la marginación de los leucocitos, en los vasos sanguíneos, hasta su llegada al tejido, esto lo realizan con los siguientes pasos principales: Marginación. Como ya se describió, dentro de los cambios vasculares los eritrocitos disminuyen su velocidad y se agrupan al centro de los vasos (estasis) y dejan a los leucocitos en la periferia o la pared vascular, fenómeno que se conoce como marginación. Rodadura. Se refiere a una adhesión transitoria de los leucocitos al endotelio vascular, facilitando aún más la agregación de células nucleadas, esto principalmente se debe a moléculas de adhesión conocidas como selectinas (CD62E y CD62P) que se encuentran en las células del endotelio, las cuales se unen a su ligando en el leucocito. Adhesión. Una vez que los leucocitos se encuentran en fase de rodadura se unen con fuerza al endotelio vascular a través de moléculas de adhesión vascular (en el endotelio) de la familia de las inmunoglobulinas denominadas I-CAM-1 (moléculas de adhesión intercelular) y VCAM-1 (moléculas de adhesión vascular) por medio de glucoproteínas transmembrana conocidas como integrinas (en el leucocito). 5 Es de suma importancia mencionar que la expresión, afinidad entre moléculas y receptores, son mediadas por otras moléculas conocidas como citocinas, que se describirán después. Transmigración o diapédesis. Se conoce con este término a la migración de los leucocitos a través de las células endoteliales ayudadas por moléculas de adhesión modificadas, la principal es la PECAM o CD 31. 6,7 Quimiotaxis. Una vez que las células nucleadas salen de la luz de los vasos, deben dirigirse al tejido lesionado o agredido a través de sustancias y mediadores químicos o quimioatrayentes que sirven de guía a dichas células, las sustancias quimioatrayentes pueden ser propias del organismo, como las citocinas, productos del metabolismo del ácido araquidónico, factores del complemento o de patógenos externos como ciertas sustancias conformacionales de las bacterias, todos estos quimioatrayentes activan la formación de actina mediante proteínas G de membrana para la motilidad celular (figura 5-1). Activación y función de los leucocitos Una vez que los linfocitos llegan al sitio de la lesión por medio de la quimiotaxis, éstos reconocen mediante sus receptores de membrana las estructuras de microbios, complejos inmunes y citocinas específicas para que por medio de interacciones moleculares adecuadas, los linfocitos se activen. Este proceso implica una serie de eventos en cadena que se inician en la membrana celular, prosiguen en el citoplasma y terminan en el núcleo. La activación de los leucocitos se inicia cuando los distintos tipos de receptores reconocen tanto componen-

3 50 Sección II Patología general Cambios vasculares éstasis Salida de líquido y moléculas al intersticio (trasudado) Marginación Inversión del flujo axial (los eritrocitos se disponen al centro del vaso) Cambios celulares tes de los microorganismos como moléculas y complejos inmunes, entre los más importantes se mencionan los receptores de manosa, los cuales reconocen a este monosacárido que es parte conformacional de algunos microorganismos, los receptores de tipo TLR y lectinas, que reconoce diferentes componentes de los microorganismos como lipopolisacáridos bacterianos, RNA de algunos virus, en tanto que los complejos α helicoidales de transmembrana tienen como finalidad el reconocimiento de N-formil metionina (componente casi exclusivo de bacterias) citocinas, prostaglandinas y leucotrienos.8-11 Los receptores de opsoninas se encargan, como su nombre lo indica, de favorecer la fagocitosis mediante el revestimiento de anticuerpos IgG y fracciones del complemento como el C3, también se sabe que ciertas citocinas como el factor de necrosis tumoral gamma (FNTγ) es un activador de leucocitos (figura 5-2). Una vez activados los leucocitos, éstos producen citocinas (reguladores y amplificadores de la respuesta inmune) o factores citotóxicos (productos del metabolismo del ácido araquidónico y vaciamiento de encimas lisosomales). Fagocitosis Rodadura Adhesión transitoria por medio de selectinas Adhesión Adhesión fuerte por medio de I-CAM y V-CAM Transmigración Salida de leucocitos a través de las células endoteliales Figura 5-1. Cambios celulares y vasculares de la inflamación. Una vez que los leucocitos llegan al sitio de mayor concentración de factores quimiotácticos, como ya se mencionó, el proceso siguiente es la activación, la cual comienza con la identificación de la partícula extraña o germen con el fin de ser eliminado o fagocitado (figura 5-3). El reconocimiento y adhesión del microorganismo o célula dañada es por medio de receptores específicos (vide supra); este proceso puede hacerse en ausencia o en presencia de opsoninas. El reconocimiento no opsónico consiste en que ciertos receptores reconocen moléculas específicas presentes en la célula o partícula blanco, es decir, el leucocito se une a su célula blanco sin necesidad de mediadores, un ejemplo de ello son los receptores para lipopolisacáridos bacterianos (CD14), y las lectinas, que son moléculas solubles que expresan el dominio colágeno aminoterminal, una región media y una región globular carbono-terminal con un dominio lectina tipo C, y reconocen carbohidratos bacterianos; pertenecen a esta familia la proteína ligadora de manosa (MBP, del inglés mannose-binding-protein), la proteína C reactiva (CRP), que reconocen carbohidratos del microorganismo (manosa, galactosa) El reconocimiento mediado por opsoninas. Como su nombre lo indica, dichos receptores reconocen el antígeno que está marcado (opsonizado) con moléculas llamadas opsoninas, como son los factores del complemento (C3b) e inmunoglobulinas, principalmente. Mediante este proceso con opsoninas la fagocitosis se hace mucho más eficiente. Una vez opsonizada la célula se requiere el reconocimiento de los receptores para el extremo constante de

4 Capítulo 5 Inflamación y reparación tisular 51 N-formil-metionina LPS, endotoxinas Fagocitosis Activación leucocitaria Producción de citocinas Activación leucocitaria Quimiotaxis Receptor de manosa Receptores TLR Receptores transmembrana Figura 5-2. Activación directa (no por opsonina) y activación de los leucocitos por microorganismos. las cadenas pesadas de los anticuerpos o inmunoglobulinas, que se llaman receptores Fc, los cuales pueden actuar como activadores, es decir, presentan las regiones ITAM Receptor FC para inmunoglobulina (reconocimiento opsónico) Vía dependiente de 02 Proteóliis Ig Por cualquier vía, el microorganismo es fagocitado Degradación Receptor TLR o lecitina (reconocimiento no opsónico) Figura 5-3. Esquema de la fagocitosis; el germen es reconocido por receptores, por medio de activación de proteína G, es fagocitado donde se une a los lisosomas activando distintas vías de degradación por acción de metabolitos de oxígeno o independiente de él. (del inglés immunoreceptor tyrosine activation motif ), o como inhibidores, pues contienen regiones ITIM (del inglés immunoreceptor tyrosine inhibition motif ); el equilibrio en la expresión de ambos tipos de receptores modula la respuesta final efectora del fagocito. 13,14 Hasta la fecha se han caracterizado seis receptores Fc en los fagocitos, de los cuales cinco reconocen IgG y 1 IgA. Los receptores para IgE no se expresan en células fagocitarias. Las inmunoglobulinas, al unirse a la pared bacteriana, neutralizan las cargas eléctricas de las bacterias que repelen a las células fagocitarias. Dos de los receptores para el complemento, C1 y C3b, participan de manera activa en el proceso de fagocitosis. Recién se han descrito otros factores que incrementan la fagocitosis. Un decapéptido, la sustancia P, estimula los macrófagos peritoneales. Un tridecapéptido, la neurotensina, aislada primero en el sistema nervioso central, pero cuya presencia se ha detectado en otros tejidos, es un poderoso estimulante de la fagocitosis. 15 Ingestión. Una vez que la célula fagocítica a través de sus receptores de membrana, ha establecido contacto con el germen de forma directa o por opsoninas, se produce un proceso de adherencia que activa localmente la fase de ingestión: la miosina, actina y proteínas que unen la actina como la fibronectina y laminina, que se encuentran en el citoplasma adyacente al sitio donde se adhirió la partícula, entran en un proceso de polimerización que permite el plegamiento de la membrana plasmática en el sitio de contacto, las prolongaciones de la membrana del fagocito rodean por completo el germen o la célula, se fusionan en la pared distal y forman una vacuola llamada fagosoma. Degranulación/digestión. Durante la formación de la vacuola fagocitaria, una enzima presente en la membrana

5 52 Sección II Patología general del fagocito, que al unirse con un lisosoma éste descarga su contenido formando el llamado fagolisosoma, las bacterias o sustancias extrañas pueden destruirse o ser degradadas gracias a los sistemas de oxidación o por proteólisis, en el primero es indispensable un metabolismo adecuado de la glucosa para que los procesos bactericidas producto del metabolismo del oxígeno se cumplan de forma adecuada. Al entrar la glucosa al fagocito, una reacción mediada por la glucosa-6-fosfato-deshidrogena, genera más NADPH que, a su vez, genera intermediarios activos del oxígeno. 16 El singlete de oxígeno trata constantemente de volver a la forma de triplete o estado normal de oxígeno atmosférico. Esta alteración electrónica en la molécula le confiere una gran actividad química, en especial sobre aquellos compuestos que tienen un doble enlace. En consecuencia, tiene la capacidad de interferir y alterar muchos de los sistemas biológicos. La producción de singletes genera luz, fenómeno llamado quicio-luminiscencia, que puede ser mediado en el laboratorio para cuantificar la magnitud de la actividad fagocítica. De forma consecutiva se produce superóxido. Para su formación, el O 2 recibe un electrón adicional. El superóxido tiene importante poder bactericida cuando alcanza determinadas concentraciones. Sin embargo, muchas bacterias aeróbicas contienen dismutasa de superóxido que las protege contra la acción de este radical. Esta anión de superóxido puede, según el ph donde se encuentra, actuar como reductor u oxidante, en el primero puede reducir el citocromo C y el azul de tetrazolium (reacción de utilidad para el diagnóstico en ciertas inmunodeficiencias primarias), y al perder un electrón retorna por oxidación a oxígeno. Cuando actúa como oxidante gana un electrón y se convierte en peróxido de hidrógeno. En la formación del peróxido de hidrógeno se forma directo por acción de la mieloperoxidasa. El peróxido de hidrógeno tiene potente actividad bactericida; sin embargo, muchas bacterias poseen catalasa, que desactiva al peróxido de hidrógeno. Formación de radicales hidroxílicos. Por reducción adicional, el peróxido de hidrógeno genera radicales hidroxílicos. No está bien esclarecido cómo se forman, pero se sabe que son muy inestables y reaccionan rápido con cualquier material orgánico. En consecuencia, cumplen un papel bactericida importante. Activación de halógenos. Al fusionarse los lisosomas con el fagosoma se libera mieloperoxidasa, que hace que los distintos halógenos como el bromo, pero en especial el cloro y el yodo, sean activados por el peróxido de hidrógeno y mieloperoxidasa para dar un hipohalógeno con un poder bactericida muy acentuado. Los hipohalógenos pueden actuar directa o indirectamente sobre el amonio, como lo hace el HOCL, y generar monoaminas y dicloroaminas, las cuales tienen una potente actividad oxidando los residuos que contengan cisteína, metionina, triptófano. Descarboxilación de aminoácidos. Esta reacción es controlada en parte por la mieloperoxidasa y degrada muchos de los aminoácidos de la membrana bacteriana, lo cual da lugar a la muerte del germen. Estos diferentes metabolismos del oxígeno, y por consiguiente la formación de superóxido de hidrógeno, singletes de oxígeno, radicales hidroxílicos, etc., tienen una función preponderante en sinergia para la destrucción de gérmenes. No está bien claro cuál de todos los procesos es el más importante, pero parece que la formación de hipohalógenos y de singletes de oxígeno son los de mayor actividad bactericida mediante la producción de iones superóxido. La vía independiente al oxígeno o proteólisis, donde la destrucción intracelular puede llevarse a cabo con la intervención de enzimas proteasas, enzimas hidrolíticas, como la lisozima, que puede dañar bacterias rompiendo la unión entre el ácido murámico y la N-acetilglucosamina (presente en la membrana celular de muchos gérmenes grampositivos). La lactoferrina es una proteína que tiene la capacidad de ligar el hierro, privando a las bacterias de este microelemento necesario para su metabolismo normal. Las defensinas son péptidos pequeños, 3.5 Kda, formados por 29 a 34 aminoácidos, ricos en arginina y cisteína, que en concentraciones micromolares pueden matar muchas bacterias. Son especialmente sensibles a la acción de las defensinas Streptococcus faecalis, Staphylococcus aureus, N. gonorrhoeae y Candida parapsilosis. Las defensinas tienen su espectro de acción muy grande, tanto contra gramnegativas como contra bacterias grampositivas; además, hongos como candidas y criptococos. El mecanismo de acción de las defensinas no es muy claro, pero parece que actúan abriendo canales iónicos en la membrana del microorganismo. La carencia genética de una o varias de ellas puede asociarse con procesos infecciosos crónicos por determinados microorganismos. Las proteínas catiónicas como la CAP-37 (cationic antimicrobial protein de 37 kda) son multifuncionales, además de su actividad antimicrobiana independiente del oxígeno, son un potente quimioatrayente específico para macrófagos, incrementan el tiempo de supervivencia y diferenciación de fagocitos, y además pueden unirse a la endotoxina y la heparina. 17 Existen distintos microorganismos como las Mycobacterias, Legionela, Brucela, Yersinia, Salmonella, Leishmania y Toxoplasma, que han diseñado distintas enzimas para evadir el ataque de los leucocitos y macrófagos, bien sea impidiendo ser fagocitadas, bloqueando la desgranulación de los lisosomas a la vacuola fagocitaria, impidiendo la activación del oxígeno, desactivando los radicales, e inhibiendo enzimas bactericidas, esto es de suma importancia, ya que pueden aumentar su capacidad de virulencia. Durante este proceso de proteólisis, no sólo los microorganismos sufren daño, sino que por medio de la regur-

6 Capítulo 5 Inflamación y reparación tisular 53 gitación durante la ingestión, endocitosis reversa o ruptura del fagocito, salen diversos productos celulares con el consecuente daño tisular propio del huésped, de ahí la importancia de limitar el daño para que éste no sea contraproducente para el organismo. Cambios proliferativos de la inflamación El propósito final del proceso inflamatorio es delimitar el daño y eliminar el agente causal, pero también reparar los tejidos lesionados. El proceso de reparación se puede iniciar dentro de las primeras 24 h de ocurrido el estímulo, cuando los macrófagos empiezan a cumplir con su labor de limpieza al digerir los restos celulares, bacterias, tejido necrótico, etc. Al mismo tiempo, se inicia la proliferación de células endoteliales y fibroblastos que van a formar vasos nuevos mediante estímulos de angiogénesis para tratar de restaurar la circulación y depositar colágeno y proteoglucanos para reparar el intersticio. A la neovascularización que acompaña a los fibroblastos y al infiltrado inflamatorio se le denomina tejido de granulación. El proceso de reparación se sobrepone al de inflamación, y la primera culmina con la cicatrización o restauración ad integrum del tejido lesionado. Mediadores químicos de la inflamación Gran cantidad de sustancias químicas intervienen en la inflamación; ellas se encargan de inducir, activar, amplificar, modular, inhibir o alterar cada uno de los pasos que sigue el proceso inflamatorio, actúan en forma escalonada, con una interrelación compleja, éstas provienen de la sangre circulante, de las células inflamatorias, del propio tejido dañado. A pesar de que en un momento dado todos los reactantes se encuentran activados al mismo tiempo en una mezcla incomprensible, existe un orden en cada uno de los pasos y un delicado equilibrio entre la activación e inhibición de los fenómenos. Este equilibrio, a su vez, es orquestado por factores imputables al estímulo agresor, como son su tipo, intensidad y duración, sitio u órgano lesionado, factores inherentes al paciente como su integridad física, estado nutricional, enfermedades (cáncer, diabetes o trastornos de la propia inmunidad), edad y exposición a drogas o tóxicos. Desde el punto de vista práctico, los mediadores químicos de la inflamación se pueden dividir para su estudio en aminas vasoactivas, proteasas del plasma (sistema de la coagulación, del complemento y cininas) metabolitos del ácido araquidónico, enzimas lisosomales, radicales de oxígeno, factor activador de plaquetas y citocinas. Ácido araquidónico Existe un grupo de autocoides u hormonas de acción local de vida corta que son producto del metabolismo del ácido araquidónico (AA), principalmente prostaglandinas y leucotrienos. El AA es un ácido graso poliinsaturado de 20 carbonos, derivado del ácido linoleico, se encuentra en la dieta o incorporado a la fosfatidilcolina o fosfatidilinositol, fosfolípidos estructurales de las membranas plasmáticas de todas las células. El AA se libera por acción de las fosfolipasas (pueden ser estimuladas por diversos factores a partir de cualquier célula activada), una vez liberado, el AA puede metabolizarse por dos vías: Las ciclooxigenasas (la forma constitutiva COX-1 y la inducible COX-2) generan intermediarios que, después de ser procesados por enzimas específicas, producen las prostaglandinas (PGD2 producido por mastocitos, PGE2 por macrófagos y células endoteliales, entre otros) y los tromboxanos (TXA2, el principal metabolito del AA generado por las plaquetas); el endotelio vascular carece de tromboxano sintetasa, pero posee una prostaciclina sintetasa, y por tanto, genera prostaciclina (PGI2). El segundo camino que puede seguir el ácido araquidónico es el de las lipooxigenasas; aquél es convertido en una serie de ácidos peroxidados que corresponden a los leucotrienos y las lipoxinas. Los eicosanoides (derivados del ácido araquidónico) sirven como señales intracelulares o extracelulares en una gran variedad de procesos biológicos, entre ellos la inflamación y la hemostasis. Sus efectos principales son: Prostaglandinas (PGD2, PGE2): vasodilatación, dolor y fiebre. Prostaciclinas (PGI2): vasodilatación e inhibición de la agregación plaquetaria. Tromboxanos (TXA2): vasoconstricción y activación de la agregación plaquetaria. Leucotrienos: LTB4 es quimiotáctico y activador de los neutrófilos; los otros leucotrienos son vasoconstrictores, inducen el broncoespasmo y aumentan la permeabilidad vascular (más potentes que la histamina). Lipoxinas: vasodilatación, inhibición de la adhesión de los neutrófilos; estos metabolitos del AA producen una disminución de la inflamación, por lo que intervienen en la detención de la misma; a diferencia del resto de los derivados del AA, necesitan dos tipos celulares para ser sintetizados: los neutrófilos que producen intermediarios de la síntesis, que son convertidos en lipoxinas por las plaquetas al interactuar con los neutrófilos (cuadro 5-1). Histamina y serotonina La histamina y la serotonina son las dos aminas vasoactivas principales que actúan de inmediato en la fase de in-

7 54 Sección II Patología general Cuadro 5-1. Efectos inflamatorios de los eicosanoides. Metabolito Leucotrienos C4,D4,E4 Leucotrieno B4 y lipoxantinas Tromboxano A2 PGL2, PGE2 y PGD2 cremento de la permeabilidad vascular, se almacenan ya preformadas en gránulos, dentro de las células cebadas y de los basófilos circulantes, por lo que son mediadores tempranos de la inflamación; en el caso de los mastocitos, la histamina se libera cuando estas células producen desgranulación, en respuesta a diferentes tipos de estímulos: daño físico como traumatismo, frío o calor; unión de anticuerpos a los mastocitos, que es la base de las reacciones alérgicas; unión de elementos del sistema del complemento denominados anafilotoxinas (sobre todo C3a, C5a); proteínas que inducen la liberación de histamina derivadas de leucocitos; neuropéptidos (p. ej., la sustancia P; citocinas (IL-1, IL-8). La histamina dilata las arteriolas y aumenta la permeabilidad de las vénulas. Es el principal mediador del aumento transitorio inmediato de la permeabilidad vascular, produciendo espacios interendoteliales en las vénulas que favorecen la salida del exudado plasmático. Este efecto se realiza a través de receptores H1 presentes en las células endoteliales. La serotonina es otro mediador preformado que produce efectos similares. Está presente en las plaquetas y en ciertas células neuroendocrinas, por ejemplo, en el tracto gastrointestinal. La liberación de serotonina (e histamina) se activa cuando las plaquetas se agregan en contacto con el colágeno, la trombina, ADP y complejos antígeno-anticuerpo. Mediadores derivados de proteínas plasmáticas. Una gran variedad de fenómenos en la respuesta inflamatoria están mediados por proteínas plasmáticas que pertenecen a tres sistemas interrelacionados: Sistema del complemento Nivel de acción Aumento de la permeabilidad vascular, vasoconstricción Quimiotaxis, activación leucocitaria (adhesión) Vasoconstricción Vasodilatación Son un grupo de proteasas del plasma, consiste en 20 proteínas presentes en el plasma en forma inactiva, y cuando se activan se convierten en enzimas proteolíticas que degradan otras proteínas del mismo complemento, formando una cascada que culmina con la formación del complejo de ataque a la membrana, destruyendo así la partícula a degradar. La vía del complemento inicia con la unión del C1q a un complejo antígeno-anticuerpo, pero puede ser activada por la vía alterna a partir de la fracción C3a (opsonina). Dichos elementos en el proceso inflamatorio además del C3a, C5a y en menor medida C4a, denominadas anafilotoxinas, estimulan la liberación de histamina por los mastocitos, y por tanto, producen vasodilatación; C5a tiene, además, capacidad quimiotáctica y activa la lipooxigenasa, generando leucotrienos. Coagulación La inflamación aumenta la producción de algunos factores de la coagulación y convierte al endotelio en trombogénico; en contrapartida, la trombina promueve la inflamación mediante la activación de receptores denominados PAR ( protease-activated receptors), 18,19 que activan diferentes respuestas: movilización de selectina-p, producción de quimiocinas y citocinas, expresión de receptores para integrinas en el endotelio, inducción de la COX-2 y producción de prostaglandinas, producción de NO y PAF, y cambios en la forma endotelial. Como la coagulación y la inflamación pueden iniciar un círculo vicioso de amplificación, la interferencia con la coagulación puede ser una estrategia terapéutica en algunas patologías para reducir la inflamación; las cininas son péptidos vasoactivos derivados de proteínas plasmáticas, denominadas cininógenos, por la acción de enzimas específicas denominadas calicreínas; el sistema de cininas está ligado a la coagulación: la forma activa del factor XII, factor XIIa, convierte la precalicreína del plasma en calicreína, que corta una proteína del plasma de alto peso molecular para generar bradicinina. Ésta aumenta la permeabilidad vascular y causa contracción del músculo liso, dilatación de los vasos y dolor, efectos similares a los de la histamina. Por otro lado, la calicreína tiene efecto quimiotáctico, convierte C5 del sistema del complemento en C5a (también quimiotáctico) y convierte al plasminógeno en plasmina para degradar el coágulo secundario. De estos tres sistemas, quizá los mediadores de la inflamación más importantes in vivo son bradiquinina, C3a, C5a y trombina. 19 Citocinas Las citocinas son pequeñas proteínas (entre 5 y 20 kd) que permiten el intercambio de información entre las diferentes células durante el proceso de inflamación, la hematopoyesis y la respuesta inmune. Los factores de crecimiento que utilizan las células epiteliales para estimular su renovación son asimismo citocinas. En general, las citocinas se pueden considerar como hormonas con un radio de acción limitado, a excepción de IL-1 y TNF-α, que funcionan como verdaderas hormonas, transmitiendo información a través de todo el organismo. Las citocinas liberadas por los macrófagos durante la inflamación afectan a las células endoteliales, los neutró-

8 Capítulo 5 Inflamación y reparación tisular 55 filos (durante la fase aguda) y después a los fibroblastos y de nuevo a las células endoteliales durante la fase de reparación. La información emitida por una citocina sólo será recibida por aquellas células que presenten receptores específicos para esa citocina. Los mensajes de las citocinas son múltiples; los principales son: proliferación (factores de crecimiento); diferenciación; migración (quimiocinas); apoptosis (familia del TNF); acción proinflamatoria (IL-1 y TNF-α). Algunos mensajes muy importantes, como la estimulación de los linfocitos T, son emitidos por muchas citocinas. Esta redundancia asegura la transmisión de la información. Factor activador de las plaquetas (PAF) Es otro mediador derivado de fosfolípidos. Se encuentra en plaquetas, mastocitos, basófilos, neutrófilos, monocitos, macrófagos y células endoteliales. Sus acciones principales son: agregación de las plaquetas; vasoconstricción y broncoconstricción; adhesión leucocitaria al endotelio; quimiotaxis; desgranulación y estallido oxidativo; activación de la síntesis de eicosanoides. 20 El óxido nítrico (NO) es un gas soluble producido en algunas neuronas del cerebro, macrófagos y células endoteliales. Actúa de forma paracrina (acción corta y local) sobre las células diana, a través de la inducción de cgmp, que inicia una serie de sucesos intracelulares que provocan la relajación del músculo liso (vasodilatación). La vida media in vivo del NO es muy corta, por lo que sólo actúa sobre las células muy próximas al lugar de producción. El NO se sintetiza a partir de L-arginina por la enzima NO-sintasa (NOS). Hay tres tipos de NOS: endotelial (enos), neuronal (nnos) e inducible (inos). Las dos primeras son constitutivas, se expresan a niveles bajos y pueden activarse rápido aumentando las concentraciones de calcio intracelular. Sin embargo, la inos se activa sólo cuando los macrófagos y otras células son activados por citocinas (como IFN-γ) o productos microbianos. Radicales libres de oxígeno (RLO) Los RLO son un tipo de especies reactivas del oxígeno. Estos radicales pueden liberarse al medio extracelular por los leucocitos después de que hayan sido activados por microbios, citocinas, complejos inmunes, o después de la fagocitosis. Su producción depende de la activación del sistema NADPH oxidasa. Las principales especies producidas intracelularmente son el anión superóxido (O2~), el peróxido de hidrógeno H 2 O 2 y el radical hidroxilo (*OH). El anión superóxido puede combinarse con el óxido nítrico para formar especies reactivas del nitrógeno. Estas sustancias atacan todos los materiales biológicos (DNA, proteínas, lípidos, etc.) arrancando electrones, arrancando átomos de hidrógeno o adicionándose sobre los enlaces dobles: reaccionan como potentes oxidantes. La consecuencia es, por tanto, la alteración y la posterior pérdida de función de las moléculas afectadas. La liberación extracelular de estas potentes sustancias a bajas concentraciones activa fracciones del complemento (C5a), citocinas y moléculas de adhesión leucocitaria endotelial, amplificando la respuesta inflamatoria. Están implicados en las siguientes respuestas inflamatorias: Daño de las células endoteliales, que produce un aumento de la permeabilidad vascular; cuando los leucocitos se adhieren al endotelio, si se activan, pueden no sólo liberar estos productos, sino inducir la producción de RLO en el endotelio. Daño a otras células, como glóbulos rojos o células del parénquima; inactivación de antiproteasas, como la α 1 -antitripsina, lo cual provoca un incremento de la destrucción tisular; esto ocurre, por ejemplo, en el enfisema pulmonar. El plasma, los fluidos tisulares y las células poseen mecanismos antioxidantes para protegerse de los radicales libres de oxígeno. Entre éstos se encuentran la enzima superóxido dismutasa, que convierte el anión superóxido en peróxido de hidrógeno; la enzima catalasa, que destoxifica el peróxido de hidrógeno; la glutatión peroxidasa, otro potente destoxificador del peróxido de hidrógeno; el ácido úrico, un potente antioxidante presente en el plasma en una concentración mucho mayor que el ácido ascórbico (vitamina C); la proteína ceruloplasmina, la principal transportadora de cobre en el suero; la fracción plasmática libre de hierro de la proteína transferrina. Además, existen compuestos de origen alimentario con capacidad antioxidante que también intervienen en la neutralización de RLO: el α-tocoferol (vitamina E), liposoluble, con capacidad de protección de las membranas celulares; los carotenoides (como el β-caroteno) y los polifenoles (como el ácido cafeico y la quercetina); el ascorbato (vitamina C) hidrosoluble, capaz de regenerar los demás antioxidantes, como el glutatión o el α-tocoferol. Por ello, el efecto negativo de los RLO se observa si se produce un desequilibrio debido a una producción exagerada de estas sustancias o por una disminución de los sistemas de defensa, enzimáticos y no enzimáticos. Los neutrófilos y los monocitos contienen gránulos lisosomales necesarios para la digestión de los materiales fagocitados. Si estos compuestos se vierten al exterior, pueden amplificar la respuesta inflamatoria, ya que tienen un efecto destructor sobre los tejidos (elastasas, colagenasas, proteasas, etc.). Para contrarrestar su efecto, existen antiproteasas en el suero, fundamentalmente la α 1 -antitripsina, que es el principal inhibidor de la elastasa. Otra antiproteasa importante es la α 2 -macroglobulina. Los neuropéptidos son sustancias segregadas por los nervios sensoriales y varios tipos de leucocitos, y tienen una función importante en la propagación de la respuesta inflamatoria. Entre ellos se encuentran la sustancia P y la

9 56 Sección II Patología general neurocinina A, pertenecientes a la familia de los taquininos y producidos en el SNC y periférico. Los pulmones y el tracto gastrointestinal son ricos en fibras que contienen sustancia P. Ésta tiene muchas funciones: transmisión de las señales dolorosas, regulación de la presión arterial, estimulación de la secreción de las células endocrinas y aumento de la permeabilidad vascular, o bien de forma independiente del oxígeno, la destrucción intracelular se puede llevar a cabo con la intervención de citocinas como el IFNγ, una citocina que activa a los macrófagos e induce en ellos la producción del factor de necrosis tumoral alfa (TNFα), la cual puede ocasionar la muerte del microorganismo por dos vías diferentes: activar los mecanismos dependientes del oxígeno o activar el sistema del óxido nítrico (NO). En el macrófago, el NO es producido por acción de moléculas inductoras como IFN-γ, TNF-α, IL-1 y el LPS. Cuando estas moléculas se unen con sus respectivos receptores activan factores de transcripción en el macrófago, como el factor nuclear kappa B, induciendo la transcripción de la enzima óxido nítrico sintetasa inducible o ONS2. Existen evidencias de que la tirosina cinasa (TK), la proteína-cinasa-c (PKC), están también comprometidas en este proceso. Las bases bioquímicas de la citotoxicidad mediada por el NO dependen de su unión con átomos de hierro presentes en ciertas enzimas esenciales de algunos ciclos vitales del microorganismo, como la aconitasa del ciclo del ácido cítrico, el complejo I y II de la respiración mitocondrial, y la ribonucleótido reductasa para la síntesis del RNA; estas moléculas forman complejos nitrosulfuroferrosos que inactivan la enzima y bloquean, por tanto, los procesos vitales provocando la muerte del microorganismo. En el cuadro 5-2 se resumen los efectos más importantes de los mediadores químicos de la inflamación. Mediadores celulares de la inflamación Como se ha visto, una buena parte de los cambios metabólicos desencadenados durante el proceso inflamatorio tiene como objeto enviar señales para atraer células, permitir su salida de los vasos, activarlas, modificarlas, etc. De la misma manera, las células participan en este fenómeno y a su vez secretan sustancias con fines semejantes, es decir, modular la respuesta inflamatoria. Las células de la médula ósea tienen la capacidad de producir varias líneas celulares, entre éstas se encuentran aquellas que dan origen a los efectores de la respuesta inmune, es decir, los linfocitos, la línea mieloide que produce leucocitos polimorfonucleares y la del sistema mononuclear macrofágico. Neutrófilos Los neutrófilos maduros son los primeros en llegar al sitio de la inflamación, atraídos por los diversos factores quimiotácticos (IL-8, IFN-γ), miden de 8.5 a 10 μm y es el tipo de leucocito más abundante de la sangre en los humanos. Se presenta de 60 a 75%. Su periodo de vida media es corto, dura horas o algunos días. Su función principal es fagocitar. En la membrana plasmática de los neutrófilos existen receptores que al unirse con el agente mediante la proteína Gc, activan la fosfolipasa C, la cual actúa por hidrólisis sobre el fosfatidilinositol difosfato (PIP2), inositol trifosfato (IP3) y diacilglicerol, fosfolípidos en la membrana. El IP3 libera calcio iónico dentro del citoplasma, lo que hace que se ensamblen los filamentos contráctiles del citoesqueleto, y así el movimiento celular se establece. Cuadro 5-2. Efectos de los mediadores químicos de la inflamación. Mediador Origen Efecto Prostaglandinas Mastocitos y fosfolípidos Vasodilatación, dolor y fiebre Óxido nítrico Endotelio, macrófagos Vasodilatación, citotóxico Histamina y serotonina Mastocitos y plaquetas Vasodilatación Bradicinina Proteínas plasmáticas Aumento de la permeabilidad vascular Leucotrienos C4, D4, E4 Leucocitos, mastocitos Vasoconstricción y broncoconstricción Leucotrieno B4 Leucocitos Activación leucocitaria C5a Macrófago Activación y adhesión leucocitaria, quimiotaxis C3a Proteína plasmática Opsonina Quimiocinas (citocinas) Leucocitos Activación leucocitaria IL-1 y FNT Macrófagos Activación endotelial Metabolitos del oxígeno Leucocitos Daño tisular y endotelial

10 Capítulo 5 Inflamación y reparación tisular 57 Los neutrófilos activados mediante IL-8 pueden unirse a la selectina-e, de esa manera son capaces de estar presentes en tejidos en apenas 5 h después de empezar la infección, una vez activados los neutrófilos, fagocitan y ya en contacto con las partículas fagocitadas pueden causar daño por los siguientes procesos: los gránulos específicos (o secundarios), más grandes, que contienen lisozima, colagenasa, lactoferrina, activador del plasminógeno, histaminasa y fosfatasa alcalina; los gránulos azurófilos (o primarios) contienen mieloperoxidasa, factores bactericidas (lisozima, defensinas), hidrolasas ácidas y una variedad de proteasas neutras (elastasa, catepsina G y otras). Ambos tipos de gránulos pueden fusionarse con las vacuolas fagocíticas que contienen el material ingerido, vertiendo su contenido para digerirlo. Las bacterias no sólo se destruyen por la acción de enzimas, sino también y sobre todo por la formación de especies reactivas del oxígeno (ROS) y especies reactivas del nitrógeno (NOS) dentro de los fagosomas de los neutrófilos. Algunos de estos compuestos son: aniones superóxidos (02~), que se forman por acción de la oxidasa de NADPH (también llamada fagocito oxidasa) sobre el O 2 en una reacción oxidativa muy rápida que se denomina estallido respiratorio; el peróxido de hidrógeno (H 2 O 2 ), formado por la acción de la superóxido dismutasa sobre el anión superóxido; hipoclorito (OCl*), formado por la acción de la mieloperoxidasa (MPO) sobre el peróxido de hidrógeno en presencia de iones cloruro; el sistema H 2 O 2 - MPO-cloruro es el microbicida más eficaz de los neutrófilos; la sintetasa de óxido nítrico genera NO a partir de arginina; el NO también tiene efectos microbicidas y puede reaccionar con el anión superóxido para generar el radical peroxinitrito (ONOO*), altamente reactivo. 21 Todos estos radicales libres del oxígeno y del nitrógeno atacan y dañan los lípidos, proteínas y ácidos nucleicos de los microbios, así como del huésped. En ocasiones se libera el contenido de los gránulos azurófilos a la matriz extracelular y causa daño tisular, pero por lo general la catalasa y la glutatión peroxidasa degradan el peróxido de hidrógeno. Sin embargo, los leucocitos pueden causar daños importantes en las células normales y los tejidos en algunas circunstancias: en infecciones difíciles de erradicar, como la tuberculosis y ciertas enfermedades virales, la respuesta prolongada del huésped contribuye más a la patología que el microbio en sí mismo, ya que los tejidos adyacentes a la infección sufren daños colaterales de larga duración; cuando la respuesta inflamatoria se dirige de forma inapropiada hacia los tejidos del huésped, como en ciertas enfermedades autoinmunes; cuando el huésped reacciona de forma exagerada a sustancias ambientales por lo general inocuas y en enfermedades alérgicas como el asma, en estos casos, los leucocitos dañan los tejidos sanos con los mismos mecanismos que atacan los microbios, ya que una vez que son activados, no distinguen entre huésped y patógeno. Las Figura 5-4. Neutrófilos, necrosis y restos celulares (proceso purulento agudo). enzimas y las especies reactivas de oxígeno y nitrógeno liberadas al espacio intracelular pueden dañar los tejidos sanos y el endotelio, amplificando la acción del patógeno. En estos casos los leucocitos en sí mismos constituyen la amenaza mayor, y subyacen como la causa principal de las alteraciones presentes en muchas enfermedades humanas agudas como rechazo agudo a un trasplante, síndrome respiratorio agudo grave, glomerulonefritis, choque séptico o absceso pulmonar; y trastornos crónicos como artritis, asma, aterosclerosis, rechazo crónico a un trasplante, fibrosis pulmonar, etc. Los neutrófilos tienen una vida media corta y mueren por apoptosis pocas horas después de dejar la sangre, una vez que han llevado a cabo su función de destruir microorganismos. Ello tiene como efecto la formación de pus, donde se produce la acumulación de leucocitos (sobre todo neutrófilos) y bacterias muertas y líquido extracelular (figura 5-4). Eosinófilos Su tamaño es semejante al del neutrófilo (10-12 μm). Están conformados de un núcleo bilobulado y su citoplasma está ocupado casi por completo por unos 20 gránulos acidófilos, pues se tiñen de color naranja o marrón anaranjado con las coloraciones panópticas. Los gránulos están formados por un núcleo electrodenso rodeado por una matriz electrotransparente, y contienen cuatro clases principales de proteínas: proteína básica mayor (MBP), proteína catiónica del eosinófilo (ECP), peroxidasa del eosinófilo (EPO) y neurotoxina derivada del eosinófilo (EDN). Los eosinófilos pueden sintetizar de nuevo otros productos, como mediadores lipídicos (PAF, LTC4), citocinas (IL-3, IL-5, GM-CSF), quimiocinas (eotaxina) y NO. Los eosinófilos interactúan con otras células por la expresión de múltiples receptores en su superficie. Además,

11 58 Sección II Patología general son células fagocitarias que demuestran especial afinidad por los complejos antígeno-anticuerpo, en especial para IGE de alta y baja afinidad, e IgG e IgA de baja afinidad. Los eosinófilos pueden regular la respuesta alérgica y las reacciones de hipersensibilidad mediante la neutralización de la histamina por la histaminasa, y a su vez producir un factor inhibidor derivado de los eosinófilos para inhibir la desgranulación de las células cebadas o de los basófilos, que contienen sustancias vasoactivas (figura 5-5). Los eosinófilos juegan un papel de defensa del huésped frente a microorganismos no fagocitables, poseen una función citotóxica (por sus proteínas granulares), inmunorreguladora (por las citocinas que libera) y pueden participar en la reparación y remodelación tisular (liberando TGF-β). Los mecanismos de acción de los eosinófilos mejor estudiados tienen que ver con la alergia y la defensa contra parásitos. Sus receptores para IgA explican su fijación a los parásitos recubiertos previamente por esta inmunoglobulina, capacitándolos para destruir sus larvas, como acontece en la esquistosomiasis o bilharziasis. Mastocitos Los mastocitos o células cebadas son complejos y heterogéneos, se originan en las células madre de la médula ósea, su función más evidente es actuar en procesos alérgicos. Se encuentran en la mayoría de los tejidos del cuerpo y sintetizan y almacenan histamina, entre otras sustancias, poseen de a receptores de alta afinidad para IgE; sin embargo, también existen mecanismos independientes de IgE capaces de activarlos, como las interleucinas 3 y 8, y el factor estimulante de colonias granulocíticas y macrófagos, fracciones del complemento (C3a, C4a y C5a), proteasas, cininas, hormonas, prostaglandinas y leucotrienos. Las células cebadas contienen en su citoplasma múltiples gránulos que tienen la capacidad de ser metacro- mático, pueden ser muy densos, llegando en ocasiones a formar agregados, dichos gránulos contienen mediadores que se pueden clasificar como preformados y por ello ser expulsados con facilidad (histamina, factor quimiotáctico de eosinófilos, factor quimiotáctico de neutrófilos, sistema semejante a la calicreína, superóxido, elastasas), preformados pero asociados a los gránulos (heparina, condroitinsulfato E, triptasa, quimasa, superóxido dismutasa, arilsulfatasa B) de nueva generación (leucotrienos, factor activador de plaquetas, prostaglandinas) y citocinas (interleucinas 3,4,5,6 y 8, factor estimulante del crecimiento e interferón γ). En una respuesta alérgica, un alergeno estimula la liberación de anticuerpos, los cuales se unen a la superficie de los mastocitos activando su función, es probable que los mastocitos tengan un papel preponderante en la patogénesis de las lesiones articulares de las enfermedades reumáticas. Se encuentran una gran cantidad de ellos en la unión del pannus (vide infra) y el cartílago, en donde la secuencia de sinovitis crónica y producción de colagenasa se lleva a cabo y puede ser amplificada por los productos de estas células. En la esclerodermia, la liberación de citocinas por las células cebadas y demás factores de crecimiento pueden contribuir a la fibrogénesis al interactuar con los fibroblastos, ahora se trata de esclarecer cuál es su función en la enfermedad de Sjögren-Lyme y otras enfermedades osteomusculares. 22 Macrófagos Las células que se encuentran en todas las fases de la inflamación, desde su inicio hasta la reparación, son los macrófagos (figura 5-6). Aunque su función, reconocida desde el siglo xix, de fagocitar ha sido lo más evidente, sus acciones en la inflamación y en la regulación de la respuesta inmunitaria son variadas y complejas. Existen varias clases de macrófagos agrupados en lo que se deno- Figura 5-5. Eosinófilos, en respuesta a una reacción alérgica.