Histología y Biología celular - Fortoul - 2da Edición

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Segunda edición

Teresa I. Fortoul van der Goes Coordinadora de Ciencias Básicas Profesora de Carrera Titular C Departamento de Biología Celular y Tisular, Facultad de Medicina Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) Médica Cirujana (UNAM) Especialista en Neumología Clínica (UNAM) Maestra en Ciencias Médicas (UNAM) y en Comunicación y Tecnología Educativa (ILCE) Doctora en Ciencias (UNAM) Licenciada en Lengua y Literaturas Hispánicas (SUA), Facultad de Filosofía y Letras (UNAM)

MÉXICO • BOGOTÁ • BUENOS AIRES • CARACAS • GUATEMALA MADRID • NUEVA YORK • SAN JUAN • SANTIAGO • SÃO PAULO AUCKLAND • LONDRES • MILÁN • MONTREAL • NUEVA DELHI SAN FRANCISCO • SIDNEY • SINGAPUR • ST. LOUIS • TORONTO

Director editorial: Javier de León Fraga Editor sponsor: Emilio Salas Castillo Editor de desarrollo: Manuel Bernal Pérez Supervisora de producción: Ángela Salas Cañada

NOTA La medicina es una ciencia en constante desarrollo. Conforme surjan nuevos conocimientos, se requerirán cambios de la terapéutica. El (los) autor(es) y los editores se han esforzado para que los cuadros de dosificación medicamentosa sean precisos y acordes con lo establecido en la fecha de publicación. Sin embargo, ante los posibles errores humanos y cambios en la medicina, ni los editores ni cualquier otra persona que haya participado en la preparación de la obra garantizan que la información contenida en ella sea precisa o completa, tampoco son responsables de errores u omisiones, ni de los resultados que con dicha información se obtengan. Convendría recurrir a otras fuentes de datos, por ejemplo, y de manera particular, habrá que consultar la hoja informativa que se adjunta con cada medicamento, para tener certeza de que la información de esta obra es precisa y no se han introducido cambios en la dosis recomendada o en las contraindicaciones para su administración. Esto es de particular importancia con respecto a fármacos nuevos o de uso no frecuente. También deberá consultarse a los laboratorios para recabar información sobre los valores normales.

HISTOLOGÍA Y BIOLOGÍA CELULAR Prohibida la reproducción total o parcial de esta obra, por cualquier medio, sin autorización escrita del editor.

DERECHOS RESERVADOS © 2013, 2010 respecto a la segunda edición por, McGRAW-HILL INTERAMERICANA EDITORES, S.A. de C. V. A subsidiary of The McGraw-Hill Companies, Inc. Prolongación Paseo de la Reforma 1015, Torre A, Piso 17, Col. Desarrollo Santa Fe, Delegación Álvaro Obregón C. P. 01376, México, D. F. Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana Reg. núm. 736 ISBN: 978-607-15-0861-4 1234567890 Impreso en México

1245678903 Printed in Mexico

Colaboradores Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) Maestro en Ciencias (UNAM), Doctor en Ciencias (UNAM)

M. en C. Sandra Acevedo Nava Técnica Académica Asociada C Profesora de la asignatura de Biología Celular y Tisular Departamento de Biología Celular y Tisular Facultad de Medicina Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) Bióloga, Facultad de Ciencias (UNAM) Maestra en Ciencias (UNAM)

Dr. Paul Carrillo Mora Investigador en Ciencias Médicas C Servicio de Rehabilitación Neurológica Instituto Nacional de Rehabilitación, SSa, México Médico Cirujano, Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), con especialidad en Neurología (UNAM) Doctor en Ciencias (Facultad de Medicina, UNAM) Profesor de asignatura, Departamento de Integración de Ciencias Médicas de Facultad de Medicina, UNAM

MC Patricia Alonso Viveros Profesora de Carrera Titular C Médica adscrita al Servicio de Anatomía Patológica en el Hospital General de México Profesora de Anatomía Patológica, Profesora del Curso de Alta Especialidad en Citopatología Facultad de Medicina Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) Médica cirujana (UNAM), Especialista en Anatomía Patológica y subespecialidad en Citopatología

Dr. Andrés E. Castell Rodríguez Jefe del Departamento de Biología Celular y Tisular Profesor de Carrera Titular B Departamento de Biología Celular y Tisular Facultad de Medicina Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) Médico cirujano (UNAM), Maestro en Ciencias Morfológicas (UNAM) y Doctor en Ciencias (UNAM)

Dra. María del Carmen Ávila Casado Doctora en Ciencias Profesora de la Universidad de Toronto, Canadá Directora Médica del Laboratorio de Microscopía Electrónica y Patólogo Renal Toronto General Hospital, University Health Network (UHN)

Cirujano Dentista Genny Míriam Castro Alvarado Especialista en Ortodoncia, Facultad de Odontología Benemérita Universidad Autónoma de Puebla (BUAP)

Dra. Laura Colín Barenque M. en C. Patricia Bizarro Nevares

Profesora de Carrera titular A Laboratorio de Neuromorfología FES Iztacala, Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) Bióloga, FES Iztacala (UNAM), Maestra en Ciencias (UNAM) y Doctora en Ciencias (UNAM)

Profesora de la asignatura de Biología Celular y Tisular Técnica Académica Titular C Departamento de Biología Celular y Tisular Facultad de Medicina Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) Médica Veterinaria y Zootecnista Facultad de Medicina Veterinaria (UNAM) Maestra en Ciencias (UNAM)

M.C. Diana Guadalupe Esperón Cortés

Profesor del Departamento de Histología Universidad de Granada, España

Médica Cirujana por la UNAM Especialista en Cirugía General Profesora del Departamento de Biología Celular y Tisular Facultad de Medicina, UNAM Docente de Escuela Superior de Medicina, Instituto Politécnico Nacional (IPN)

MC Berenice Cano Gutiérrez

Dra. Isabel García Peláez

Médica Cirujana por la Universidad Popular Autónoma de Puebla Médica adscrita a la Unidad de Medicina Familiar del Instituto Mexicano del Seguro Social, Tlaxcala. Residente de la especialidad de Urgencias Médicas Facultad de Medicina Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM)

Profesora de Carrera Asociada C Departamento de Biología Celular y Tisular Facultad de Medicina Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) Bióloga, Universidad Autónoma de Madrid Doctora, Universidad Autónoma de Madrid

Dr. Gumaro Cano Gutiérrez

MC Tania Garibay Huarte

Médico Cirujano por la Universidad Popular Autónoma de Puebla Departamentos de Informática Biomédica e Integración de Ciencias Médicas, Facultad de Medicina

Especialista en Neuropatología Profesora del Departamento de Biología Celular y Tisular Facultad de Medicina Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM)

Dr. Antonio Campos Muñoz

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Colaboradores

Biól. Elena Sherezada González Rendón

Dra. María Argelia Akemi Nakagoshi Cepeda

Profesora de asignatura, Departamento de Biología Celular y Tisular Facultad de Medicina Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) Candidata a Doctora en Ciencias

Maestría en Educación Odontológica, Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL) Doctorado en Investigación Universidad de Granada, España Jefa del Departamento de Histología Facultad de Odontología (UANL) Profesora de Histología

Dra. Adriana González Villalva Técnica Académica Asociada A Departamento de Biología Celular y Tisular Facultad de Medicina Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) Médica Cirujana (UNAM), Maestra en Ciencias (UNAM) Doctora en Ciencias, Facultad de Medicina, UNAM

M. en C. Miguel A. Herrera Enríquez Profesor de Carrera Asociado C Departamento de Biología Celular y Tisular Facultad de Medicina Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) Biólogo, Facultad de Ciencias (UNAM), Maestro en Ciencias (UNAM) y candidato a Doctor (UNAM)

M. en C. Rubén Jiménez Martínez Profesor de asignatura del Departamento de Biología Celular y Tisular Facultad de Medicina (UNAM)

MC Leticia Llamas Ceras Médica Patóloga, alumna del Curso de Alta Especialidad en Citopatología Facultad de Medicina Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) Servicio de Anatomía Patológica, Hospital General de México

Biól. Nelly López Valdez Estudiante de la Maestría en Ciencias Facultad de Medicina Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) Profesora de la asignatura de Biología Celular y Tisular Departamento de Biología Celular y Tisular Bióloga, Facultad de Ciencias, UNAM

Dr. Sergio Eduardo Nakagoshi Cepeda Maestría en Educación Odontológica Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL) Doctorado en Investigación Universidad de Granada, España Subdirector de Estudios de Posgrado Facultad de Odontología (UANL) Profesor de Histología, Departamento de Histología Facultad de Odontología (UANL)

M. en C. Vianey Rodríguez Lara Profesora de Carrera Asociado C Departamento de Biología Celular y Tisular Facultad de Medicina Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) Bióloga, Facultad de Ciencias (UNAM), Maestra en Ciencias (UNAM), Candidata a Doctora en Ciencias (Facultad de Medicina, UNAM)

Histotecnóloga Verónica Rodríguez Mata Técnica Académica Titular B Departamento de Biología Celular y Tisular Facultad de Medicina Universidad Nacional Autónoma de México Histotecnóloga por el Instituto Nacional de Pediatría SSa, México

M. en C. Marcela Rojas Lemus Candidata a Doctora en Ciencias Profesora de asignatura del Departamento de Biología Celular y Tisular Facultad de Medicina, Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM)

MC Bernardo Moguel González Médico Internista especialista en Nefrología Hospital Español e Instituto Nacional de Cardiología “Ignacio Chávez”, Ssa, México

Dr. Luis F. Montaño Estrada Profesor de Carrera Titular B Departamento de Biología Celular y Tisular Facultad de Medicina Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) Médico cirujano (UNAM), Especialista en Gastroenterología y Medicina Interna (UNAM) Maestría en la Universidad de Londres, Doctor en Ciencias (UNAM).

M. en C. Liliana Salazar Monsalve Profesora asociada Área Histología, Departamento de Morfología Universidad del Valle, Cali, Colombia Maestra en Morfología Especialista en Docencia Universitaria

Dra. Rosa Isela Sánchez Nájera Maestría en Educación Odontológica Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL) Maestría en Odontología Avanzada (UANL) Doctorado en Investigación por la Universidad de Granada, España

Colaboradores

Subdirectora General de la Facultad de Odontología (UANL), Profesora de Histología y de Análisis de Casos Clínicos Departamento de Histología, Facultad de Odontología (UANL)

Dr. Juan Manuel Solís Soto Doctorado en Ciencias Jefe del Departamento de Fisiología Profesor de Histología y de Fisiología Facultad de Odontología Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL)

Dra. Martha Ustarroz Cano Profesora de la asignatura de Biología Celular y Tisular Técnica Académica Titular C Departamento de Biología Celular y Tisular Facultad de Medicina Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) Bióloga, Facultad de Ciencias (UNAM) Maestra en Ciencias (UNAM)

M. en C. Margarita E. Varela Ruiz Jefa del Departamento de Investigación en Educación Médica Secretaría de Educación Médica Facultad de Medicina Universidad Nacional Autónoma de México

Psicóloga Tania Vives Varela Responsable del Programa de Apoyo Psicopedagógico Unidad de Desarrollo Académico Secretaría de Educación Médica Facultad de Medicina Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM)

Biól. Armando Zepeda Rodríguez Técnico Académico Titular B Departamento de Biología Celular y Tisular Facultad de Medicina Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) Biólogo, Facultad de Ciencias (UNAM)

vii

Contenido Nervioso Laura Colín Barenque Paul Carrillo Mora

Prólogo a la segunda edición ............................................. xi Prefacio a la primera edición ........................................... xii Prólogo a la primera edición ............................................ xiii

Introducción.

Capítulo 6. Sangre ......................................................153

Aprendiendo ciencias básicas ......... 1

Adriana E. González Villalva

Margarita Varela Ruiz, Tania Vives Varela

Capítulo 7. Hematopoyesis ......................................161

Capítulo 1. Aplicaciones de la microscopía

Adriana E. González Villalva Paul Carrillo Mora

en la histología y la biología celular .............................. 3 Armando Zepeda Rodríguez

Capítulo 8. Tejido y órganos linfoides .................167 Capítulo 2. Técnica histológica

Andrés E. Castell Rodríguez Miguel Herrera-Enríquez Martha Ustarroz Cano

y sus aplicaciones ............................................................. 15 Verónica Rodríguez-Mata Vianey Rodríguez Lara Teresa I. Fortoul van der Goes

Capítulo 9. Sistema cardiovascular .......................185 Isabel García Peláez

Capítulo 3. La citología como una herramienta

Capítulo 10. Sistema respiratorio ..........................195

para el médico general ................................................... 25

Teresa I. Fortoul van der Goes Vianey Rodríguez Lara Nelly López Valdez

Patricia Alonso Viveros M. Leticia Llamas Ceras

Capítulo 4. La célula: su estructura y función .... 47

Capítulo 11. Piel y anexos ........................................207

Vianey Rodríguez Lara Luis F. Montaño Estrada Teresa I. Fortoul van der Goes

Andrés E. Castell Rodríguez Miguel Herrera Enríquez Antonio Campos Muñoz

Capítulo 5. Tejidos ...................................................... 75

Capítulo 12. Aparato digestivo ...............................223

Epitelios Vianey Rodríguez Lara Liliana Salazar Monsalve

Gumaro Cano Gutiérrez Elena Sherezada González Rendón Berenice Cano Gutiérrez María Argelia Akemi Nakagoshi Cepeda Rosa Isela Sánchez Nájera Juan Manuel Solís Soto Sergio Eduardo Nakagoshi Cepeda Genny Míriam Castro Alvarado

Conjuntivo Vianey Rodríguez Lara Adriana E. González Villalva Teresa I. Fortoul van der Goes Adiposo Vianey Rodríguez Lara Teresa I. Fortoul van der Goes

Capítulo 13. Aparato urinario ................................253 María del Carmen Ávila Casado Bernardo Moguel González

Cartílago y hueso Vianey Rodríguez Lara Diana Guadalupe Esperón Cortés Teresa I. Fortoul van der Goes

Capítulo 14. Aparato reproductor femenino .....267 Nelly López Valdez Teresa I. Fortoul van der Goes

Hueso y su formación Teresa I. Fortoul van der Goes Vianey Rodríguez Lara Adriana E. González Villalva

Capítulo 15. Aparato reproductor masculino ...279 Patricia Bizarro Nevares Sandra Acevedo Nava

Músculo Nelly López Valdez Teresa I. Fortoul van der Goes

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x

Contenido

Capítulo 16. Sistema endocrino .............................295 Isabel García Peláez

Capítulo 17. Oído (órgano vestíbulo coclear) ...............................................................................303 Marcela Rojas Lemus Rubén Salvador Jiménez Martínez

Capítulo 18. Ojo y sus anexos .................................315 Vianey Rodríguez Lara Isabel García Peláez Martha Ustarroz Cano Tania Garibay Huarte Teresa I. Fortoul van der Goes

Anexo. Actividades prácticas .......................................... 323 Índice alfabético ................................................................ 349

Prólogo a la segunda edición A la célula se le considera como el verdadero átomo de la biología George Henry Lewes La fisiología de la vida común, 1860

es tarea menor el retomar un producto acabado y con un alto nivel de excelencia, revisarlo, reescribirlo, actualizarlo y hacerlo todavía mejor. El editar y escribir un libro es una tarea de amor, de cariño hacia el conocimiento y hacia los estudiantes y profesores que serán los consumidores de esta obra, que entraña la enorme responsabilidad de validar la exactitud, precisión, vigencia y pertinencia de todos y cada uno de los conocimientos vertidos en ella. Cada página, cada párrafo, cada línea y cada palabra (con las abundantes ilustraciones que las acompañan), surgen como producto del esfuerzo y reflexión de cada uno de los autores, y de la supervisión y revisión del grupo coordinador del libro que Usted tiene ahora en sus manos. En el contexto del siglo xxi la Facultad de Medicina de la Universidad Nacional Autónoma de México, ha llevado a cabo una reforma curricular de su Plan de Estudios de la Licenciatura de Médico Cirujano. En este currículo se han incluido varias asignaturas nuevas, que deben integrarse con las tradicionales, para promover el conocimiento de las diversas disciplinas y mejorar la formación de los profesionales de la salud que salen de sus aulas (www.facmed.unam.mx). Durante el proceso de implementación del nuevo Plan de Estudios ha sido patente la necesidad de libros de texto y referencias en el idioma español, sobre cada una de las áreas que contribuyen a la formación del médico. Es a la población de estudiantes de medicina y de otras profesiones de la salud, a quienes está dirigido el presente libro. En él se han escrito de manera breve, concisa y objetiva los capítulos necesarios para proveer al profesional de la salud en formación, así como al médico general o especialista que requiera revisar estos conceptos, un panorama general actualizado de la Histología y Biología celular, que cubre los principales aspectos de esta temática. El presente texto es un documento integrado con el eficaz trabajo de muchos expertos en el área, unidos por un objetivo común: hacer efectiva y agradable la tarea de enseñar y aprender la Histología y Biología celular. Estoy seguro que los estudiantes y profesores que lo utilicen para su formación y desarrollo profesional lo disfrutarán intensamente.

El proceso de la enseñanza de la medicina y ciencias de la salud está lleno de retos conceptuales, logísticos, administrativos, políticos y educativos. Para nadie es un secreto que el estudiar medicina es una de las tareas más exigentes que puede elegir un ser humano para su desarrollo personal y profesional, los estudiantes de medicina “se queman las pestañas” y sacrifican parcialmente su vida personal, consumiendo, digiriendo y asimilando un caudal de conocimientos que se hace más grande cada día. El plan de estudios más actualizado de cualquier escuela de medicina, se enfrenta a la compleja situación de prever todos los conocimientos, tecnologías y aplicaciones de las mismas, que ocurrirán en el transcurso de la duración de un ciclo de la carrera. Es imposible anticipar todos los avances científicos que ocurrirán en nuestro entorno, que tendrán influencia en lo que debe saber y saber hacer un médico competente, por lo que los instrumentos de información que nutren el conocimiento de las nuevas generaciones deben elaborarse con especial cuidado y atención al detalle. Una de las disciplinas de las llamadas “ciencias básicas” o “ciencias biomédicas” de los planes de estudio de la carrera de medicina, que tiene más tradición en la formación de profesionales de la salud, es la Histología y Biología celular. La cita con que inicio este Prólogo refleja la tremenda importancia de esta área de las ciencias en la comprensión de la vida, y de los elementos que constituyen al ser humano desde uno de sus niveles más básicos. La célula y sus procesos vitales conforman la estructura de la maravilla que es el cuerpo humano. Es fascinante cómo las células se especializan en diferentes tejidos para componer los órganos, y se comunican entre ellas por múltiples mecanismos para integrar el sistema adaptativo complejo que es el organismo vivo. Las estrategias que utiliza el organismo para interactuar con otros organismos y el medio ambiente, y a fin de cuentas contribuir a la producción del entorno en que se escenifica el drama (en el buen sentido de la palabra) de la vida humana, son un ejemplo palpable de las ciencias de la complejidad en acción. La doctora Teresa Fortoul van der Goes y un selecto grupo de académicos se dieron a la nada sencilla tarea de realizar la segunda edición de una obra importante en el escenario educativo de nuestro país y Latinoamérica. No

Dr. Melchor Sánchez Mendiola Secretario de Educación Médica Profesor Titular A de Tiempo Completo Definitivo División de Estudios de Posgrado Facultad de Medicina Universidad Nacional Autónoma de México México, D.F., Octubre de 2012.

xi

Prefacio a la primera edición La Facultad de Medicina de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) recién terminó, para finales del 2009, la revisión de su Plan de Estudios. Esa autoevaluación nos llevó, como Institución, a retomar las tendencias más actuales para la enseñanza, mismas que incluyen a las competencias como una de sus guías. Otro punto relevante es el interés de los docentes sobre la integración de las ciencias básicas y de la clínica, lo cual es un comentario reiterado de los estudiantes en sus primeros años de licenciatura. A fin de atender a esta necesidad, Histología y biología celular integra ambos conocimientos, pues no sólo comenta diferentes alteraciones clínicas, sino la aplicación de los conocimientos adquiridos por el estudiante en la Biología celular, la Histología y la Citología. Esta obra es singular en tanto que incluye con sumo detalle las aplicaciones y técnicas que se requieren para

obtener una muestra adecuada que resulte útil en el estudio citológico, área de enorme relevancia, ya que su implementación —como herramienta de detección temprana en patologías como el cáncer cervicouterino—, ha salvado muchas vidas. Los autores, en su mayoría, son profesores de la Facultad de Medicina o egresados de la UNAM que se distinguen por su amor a la institución y a la materia del libro que, además, ayuda al estudiante a organizar su conocimiento al ir de lo general a lo particular, a detectar “el árbol“ en el bosque, ya que al observar los detalles en el apoyo práctico de la asignatura, se ejercita en la identificación de patrones, actividad reiterada en la Medicina.

Dra. Teresa I. Fortoul van der Goes

xii

Prólogo a la primera edición Una de las grandes fortalezas de la Facultad de Medicina de la UNAM está fincada en sus académicos. En el caso de las ciencias básicas, los expertos en cada una de las materias se agrupan en los llamados Departamentos. En ellos, la vida colegiada, la comunión de intereses académicos y las líneas de investigación que se realizan, conjuntan intereses que retroalimentan a sus integrantes, los enriquecen y propician la generación de conocimientos. Tal es el caso del Departamento de Biología celular y tisular. Este departamento tiene, como encargo docente, la impartición de la asignatura de Histología y Biología celular. No es una encomienda sencilla pues trata de brindar el conocimiento de estructuras celulares observables sólo mediante estrategias y herramientas específicas para las diferentes células y tejidos que conforman el cuerpo humano. De la observación celular nace el conocimiento de la función, de ahí que la Histología se transforme en Biología celular y tisular. Esta es, en consecuencia, una materia integradora, pues sólo entendiendo la constitución y función de la célula es posible comprender la diferenciación de tejidos y su función biológica de los organismos vivientes. Por ello, la Histología y la Biología celular y tisular forman parte esencial del cuerpo de conocimientos básicos que todo médico debe tener y que es necesario en el entendimiento de los procesos íntimos que suceden en la célula y que son campo de estudio de la Bioquímica y la Biología molecular. Un numeroso grupo de académicos del Departamento, encabezados por la Dra. Teresa Fortoul, se dio a la tarea de elaborar este libro. En él se procuró la integración del conocimiento básico clínico al unir los conceptos esenciales de la Histología y Biología celular con las otras materias básicas que comprenden el Plan de Estudios y, así, se correlaciona Biología celular con la Fisiología y la Bioquímica; y la génesis embriológica con la diferenciación celular y su distribución anatómica. Se buscó, asimismo, contrastar la normalidad con lo patológico y, cuando se consideró necesario, se incluyeron las manifestaciones clí-

nicas para darle significado y aplicación al conocimiento de la materia. Para lograrlo no se escatimaron esfuerzos. La Dra. Fortoul y el cuerpo de profesores del Departamento, convidaron a participar en esta edición a expertos del Hospital General de México y de los Institutos Nacionales de Salud; de otras Facultades de Medicina de nuestra Universidad y del país, así como a expertos de otras naciones de habla hispana. Con acierto, en un número reducido, se invitó a escribir o a colaborar en parte de sus capítulos a ayudantes de profesor y alumnos avanzados del posgrado. Estos últimos, sin duda, están más cerca de los potenciales lectores y, en consecuencia, su forma de abordar los problemas puede, en ocasiones, ser más comprensible para los fines que el texto persigue. A pesar de la diversidad de autores, el libro tiene una gran unidad. Unidad que se logra gracias a un objetivo común: la enseñanza de la Histología y Biología celular para estudiantes de medicina. Para el efecto, se fue pródigo en microfotografías con excelente calidad de impresión, las más de las veces acompañadas de esquemas y figuras que hacen agradable y sencilla su interpretación. De la misma manera, cuando se consideró pedagógico hacerlo, se incluyeron cuadros sinópticos de fácil lectura y memorización. Con alguna frecuencia, y bajo el título de ¿Sabías que...?, se subrayan conceptos o se vinculan conocimientos. Como texto, es un libro actual, con una edición muy cuidada, de aspecto moderno y agradable a la vista. Representa un gran esfuerzo académico de los autores y una satisfacción de la vocación editorial de la Facultad de Medicina de la UNAM. Espero que lo disfruten, como estoy seguro, disfrutaron los autores al escribirlo.

Dr. Enrique Graue Wiechers Director de la Facultad de Medicina Universidad Nacional Autónoma de México

xiii

De la autora Teresa I. Fortoul van der Goes es médica cirujana, especialista en Neumología, Maestra y Doctora en Ciencias por la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) y, además, Maestra en Comunicación y Tecnología Educativa por el Instituto Latinoamericano de Comunicación Educativa (ILCE) y recientemente Licenciada en Letras y Literaturas Hispánicas en la Facultad de Filosofía y Letras de la UNAM. Aunque su intención era dedicarse a la Patología —porque desde la licenciatura encontró fascinantes tanto la Histología como la Patología—, en su camino se cruzó la opción de realizar la especialidad de Neumología en el Hospital General de México. Ahí descubrió la excelente mancuerna que existe entre las ciencias básicas y la aplicación de éstas con la clínica, ya que el pulmón es un órgano que requiere del estudio morfológico en varias patologías para llegar al diagnóstico acertado. Por

este camino terminó en el Departamento de Biología Celular y Tisular (antes identificado como Departamento de Histología) en el que recibió la encomienda de impartir la asignatura del mismo nombre. Tras alcanzar la jefatura del mencionado departamento, retomó una idea que había escuchado en aquellos que la habían precedido: “Es importante hacer un libro del departamento”. El primer intento fue un manual, mismo que se transformó en manual-libro y que ahora cristaliza en esta obra, el libro de Histología del departamento. Al igual que en sus trabajos previos, Histología y biología celular cuenta con la participación de varios profesores del departamento y de otros que, aunque no lo son, comparten su condición de citohistófilos (a saber, neologismo que resume el “amor por la citología y la histología” que todos ellos tienen en común).

xiv

Agradecimientos Para Alejandra y Teresa, mis hijas, en todo tiempo presentes. A la técnica Raquel Guerrero Alquicira del Departamento de Biología Celular y Tisular, por su apoyo en el proceso de material histológico para el libro. Al M. en C. Carlos Falcón Rodríguez por haber realizado algunas de las ilustraciones de los capítulos 5 y 14. De igual manera, extiendo mi gratitud al Departamento de Biología Celular y Tisular por prestar sus colecciones histológicas para ilustrar esta obra.

Por último, un agradecimiento especial al Dr. Julián Abad Camacho, Coordinador de la Academia de Histología de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla; Aurora García García, Responsable del Área Académica del Programa Educativo en Médico Cirujano, Facultad de Ciencias de la Salud, Universidad Autónoma de Tlaxcala; y Claver Demnis Solís Ramírez, Catedrático  de tiempo completo de la Facultad de Medicina en la Universidad Regional del Sureste, Oaxaca, por el tiempo dedicado a la revisión de esta segunda edición.

xv

Introducción. Aprendiendo ciencias básicas Margarita Varela Ruiz • Tania Vives Varela

La gran mayoría de los lectores de este texto tienen el propósito de aprender, ya sea como estudiantes que se introducen al campo de la Medicina, como profesores que desean actualizarse o como personas interesadas en el tema. Por ello, en esta Introducción daremos un panorama de los elementos que intervienen para un aprendizaje eficaz. Para hacer nuestro un conocimiento que forme parte de nuestras estructuras internas cognitivas, intervienen diversos elementos, entre ellos los siguientes:

A lo largo de sus años de formación, el estudiante no siempre logra desarrollar estrategias de aprendizaje adecuadas que le permitan un aprendizaje profundo o significativo. Con frecuencia se ha acostumbrado a realizar una memorización mecánica o repetitiva para obtener una calificación y acreditar los cursos. Más bien, el estudiante necesita reconducir su motivación para buscar una gratificación en el hecho de aprender y disfrutar el proceso de construir conocimientos. Requiere desprenderse de la idea del profesor como principal responsable de su aprendizaje, quien transmite todos los conocimientos y también reconocer que los apuntes de clase no son suficientes para comprender de manera significativa y acreditar los exámenes. Se invita al lector a apropiarse de un rol activo durante la lectura de este texto, autorregular la manera en que está aprendiendo; hacerse preguntas, releer los conceptos que parecen difíciles o complejos, buscar en las diversas fuentes de información para aclarar dudas o profundizar. En la actualidad, las habilidades en el uso de la tecnología de la información y comunicación son esenciales para enriquecer la formación. La disposición para el uso de los sitios Web de redes sociales y la habilidad para buscar información por Internet es un potencial y un recurso muy valioso para el aprendizaje.

• • • •

Importancia del conocimiento en el plan de estudios. Manera en que el profesor expone el tema. Complejidad de la información. Forma en que los contenidos se presentan en el texto (atractiva, clara, en secuencia lógica y coherente, esquemas adecuados, claridad de imágenes, etc.). • Interés y deseo de aprender el material. • Contexto familiar del estudiante (con apoyo y estímulo, conflictos, crisis familiar). • Conocimientos previos que se tienen.

El último responsable y quien se ve más afectado por alcanzar o fracasar en el aprendizaje es, sin embargo, el mismo estudiante.

Algunos elementos clave para el aprendizaje que el estudiante debe desarrollar:

El estudiante que ingresa a la universidad emprende un nuevo curso en la vida. Se encuentra en el inicio de la juventud, etapa que se caracteriza por comenzar a lograr una autonomía en la toma de decisiones y desprenderse de cierta dependencia y aprobación de los familiares cercanos. La relación con los profesores se modifica, ahora son una guía y el estudiante debe desarrollar un aprendizaje autorregulado o independiente, en donde él mismo planea, lleva a cabo de manera autocontrolada actividades de aprendizaje y es capaz de evaluar de manera crítica los resultados que alcanza.

1

•

Actitud positiva

•

Amplia participación

•

Trabajo colaborativo

•

Esfuerzo cognitivo

•

Dedicación

•

Estudiar de manera independiente

2

Histología y biología celular

Por otro lado, la literatura en educación médica ha reportado que los estudiantes de Medicina están sometidos a diversas fuentes de estrés; las nuevas exigencias académicas, las demandas de su momento del ciclo vital, la cantidad y complejidad de información que deben manejar y la naturaleza de una práctica que enfrenta a la enfermedad, al dolor y a la muerte. Estas situaciones exponen al estudiante a nuevas presiones que repercuten en su rendimiento, en su salud física y bienestar psicosocial. La principal fuente de estrés académico durante el primer año de estudios de la carrera de Medicina está asociada a la organización del tiempo, al manejo de la excesiva información y a la acreditación de los exámenes.

El primer paso para combatir el estrés académico es identificar aquello que está generando molestia, ansiedad o desconcierto a través de la autoobservación y dilucidar los diversos caminos para solucionarlo. Lo que para algunos estudiantes constituye un problema menor que fácilmente se puede resolver, es percibido por otros como un gran obstáculo difícil de sobrellevar. Esto quiere decir que cada persona es un ser único que interpreta la realidad con un matiz personal, el cual está relacionado con la propia historia de vida. Los deseos, intereses, miedos, experiencias en la infancia, en la familia y en la escuela son únicos, están almacenados en nuestra memoria y son el marco con que le damos sentido a todo lo que nos rodea. Por tanto, tampoco hay soluciones únicas, sin embargo, sí hay recomendaciones que pueden ayudar a descargar el estrés asociado a las actividades académicas, como las mencionadas en el recuadro siguiente: 1.

Anticipar y prepararse previamente para las clases.

2.

Llevar una dieta sana.

3.

Hacer ejercicio regularmente.

4.

Pensar de manera positiva.

5.

Utilizar técnicas de relajación y concentración.

En cuanto a anticipar y prepararse previamente para combatir el estrés académico, es importante que el estudiante tenga ciertos conocimientos previos acerca de lo que enfrentará en cada asignatura o área de estudio. Así, antes de iniciar el análisis de este texto, conviene que el lector tenga en mente los siguientes puntos: a) Preparación: ¿de qué trata lo que voy a leer? Para ello es necesario revisar títulos, subtítulos, esquemas, dibujos, imágenes y hacerse preguntas sobre el tema. b) Selección: ¿cuáles son las ideas o puntos esenciales? Hacer una lectura cuidadosa subrayando o destacando lo más importante y contestando las preguntas previamente elaboradas. c) Organización: ¿cómo se relacionan los conceptos, principios o ideas? Se recomienda elaborar mapas mentales o conceptuales, esquemas, súper-notas, resúmenes, diagramas, cuadros comparativos o sinópticos. d) Repaso: ¿qué aprendí?, ¿qué dudas tengo? Realizar un interrogatorio, explicar y preguntar a otros compañeros, repetir la información ya comprendida y buscar todavía más información para aclarar dudas. El aprendizaje de una disciplina es una travesía donde el rumbo y las condiciones del camino en gran parte son determinados por las decisiones que toman los estudiantes. Caminar la senda con motivación, curiosidad, dedicación y cooperación con otros andariegos hará la marcha más agradable y productiva. Buen camino para aquellos que emprenden este recorrido.

Capítulo

1

Aplicaciones de la microscopía en la histología y la biología celular Armando Zepeda Rodríguez

Microscopía fotónica

observar el mundo microscópico de manera sistemática fueron fabricados por Anton van Leeuwenhoek (16321723). La necesidad de mejorar sus descripciones lo llevó a perfeccionar sus microscopios y a optimizar las lentes que fabricaba, con lo cual logró magnificar sus objetos de estudio hasta 266 veces (figura 1-1). Su precario instrumento cambió la historia de las incipientes ciencias naturales y morfológicas. Con sus microscopios observó gran cantidad de células y organismos microscópicos como fibras musculares teñidas con azafrán; elementos celulares de la circulación sanguínea de animales y del ser humano, lo que le permitió confirmar la teoría de Malpighi sobre la conformación de las redes capilares. Dedicó mucho de su tiempo a estudiar espermatozoides de distintas especies, y a la reproducción de aves y anfibios. Estudió la morfología y anatomía de insectos, de algas microscópicas, y anatomía e histología vegetal. Los protozoarios no escaparon a su curiosidad y sagacidad; a todos estos organismos que él puso bajo sus lentes los llamó pequeños Animalcula. Por su habilidad, tenacidad, constancia y perseverancia en las observaciones obtuvo importantes distinciones en su época, como —y quizá la más importante— el ser nombrado miembro de la Royal Society of London, así como recibir el nombramiento histórico de “Padre de la Embriología, Protozoología, Bacteriología y por supuesto Padre de la Microscopía”. Pasaron más de 200 años desde el descubrimiento de la célula, hasta que en 1872, Ernst Abbe (1840-1905) estableció las bases y la teoría matemática para fabricar de manera científica lentes para los microscopios; desde entonces la microscopía se convirtió en una herramienta fundamental para el estudio de células y tejidos; su perfeccionamiento ha llevado tres siglos. En la actualidad se conoce una docena de sistemas ópticos. Abbe aportó contribuciones muy importantes a la óptica, como el cálculo del Límite de Resolución que está determinado por la longitud de onda de la luz (λ) y por la apertura numérica y el condensador que llevan su nombre (figura 1-2).

Introducción Una gran variedad de actividades humanas son afectadas por la tecnología que de alguna forma usa energía luminosa. Los fotones forman parte de nuestras actividades cotidianas tanto en el hogar como en la industria, al igual que en los laboratorios clínicos y de investigación; sin los fotones, gran parte de nuestras comodidades estarían limitadas. Los diagnósticos clínicos y tratamientos quirúrgicos tendrían poco éxito sin un microscopio que los module para amplificar la eficiencia del sentido de la vista. El ojo humano es el órgano capaz de percibir la luz del entorno, es como una cámara oscura en la que entra la luz a un sistema de lentes que la conducen hasta la retina; en ésta se transforma la energía luminosa en estímulos nerviosos. La retina está compuesta de conos, bastones y fibras nerviosas que se comunican con el nervio óptico; su sensibilidad depende del color, la dirección de la luz incidente y del tiempo que permanezca el estímulo luminoso.

El microscopio La construcción del primer microscopio se atribuye a los hermanos Hans y Zacharias Jansen en 1590, quienes incorporaron tubos de telescopios y lentes convergentes, con lo que obtuvieron imágenes aumentadas hasta 150 veces, aunque con grandes aberraciones. Los primeros estudios sobre la historia del microscopio fueron realizados por el filósofo Francis Bacon von Verulam (1561-1630), quien le asignó el nombre de “microscopium”. Verulam pertenecía a la “Academia del lince”, de la que también era miembro Galileo Galilei. Para otros autores, el término microscopio fue acuñado por Anastasius Kircher (1602-1680) quien en su libro Ars Magna Lucis et Umbrae realiza la primera clasificación de microscopios conocidos en el siglo xvii. Sin embargo, los primeros microscopios que se utilizaron para 3

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Histología y biología celular

8. Insertar el filtro azul para compensar a la temperatura de color generada por la fuente luminosa. 9. Ajustar el enfoque a cada cambio de objetivo. 10. Para objetivos de campo amplio y bajo aumento, abatir la lente frontal del condensador sin alterar la altura del condensador. Realizar la iluminación de Köhler en el Sistema Óptico de Campo Claro (CC) antes de analizar cortes histológicos brinda varios beneficios, como tener un campo visual iluminado de manera uniforme y neutro, apreciar imágenes brillantes y nítidas, además de realizar la observación de manera placentera. Figura 1-1. Microscopio fabricado por Anton van Leeuwenhoek, dimensiones reales, referencia a una mano de tamaño regular.

Los descubrimientos realizados con el microscopio comenzaron en 1665 cuando Robert Hooke descubre y se acuña el concepto de “célula”; en 1833, Brown escribe sus observaciones sobre el núcleo celular; en 1838, Mathias Schleiden y Theodor Schwann proponen la “teoría celular”; Kolliker en 1857 observó por primera vez mitocondrias. Los descubrimientos estaban a la orden del día, en 1879, Fleming describió cromosomas en mitosis, 20 años más tarde, Camilo Golgi describía lo que hoy se conoce como “aparato de Golgi”. En la primera mitad del siglo xx el microscopio fotónico se acercaba a su límite de magnificación que, a su vez, era el límite de resolución.

Iluminación de Köhler El procedimiento se desglosa en los siguientes pasos: 1. Subir por completo el condensador con la lente frontal introducida. 2. Enfocar la preparación con los objetivos 10. 3. Observar y cerrar el diafragma de campo. 4. Bajar el condensador hasta obtener máxima nitidez de la imagen del diafragma. 5. Centrar el diafragma de campo al campo visual, con los tornillos de centrado del condensador. 6. Abrir el diafragma de campo, casi hasta el borde, y centrarlo de nuevo, abrirlo hasta que desaparezca detrás del borde del campo visual. 7. Regular el contraste de la imagen con ayuda del diafragma del condensador.

Figura 1-2. Ecuación de Abbe, que describe la resolución en función de la longitud de onda y de la apertura numérica.

Cuidados del microscopio Una de las maneras más sencillas de conservar limpio un microscopio es mantenerlo cubierto con una funda protectora. Existen dos maneras de mantenimiento para un microscopio, uno es el mantenimiento preventivo y el otro es correctivo; el primero debe realizarlo el usuario, pero el segundo sólo el personal capacitado. El sitio de instalación de un microscopio debe ser en un lugar libre de polvo, en un clima templado y estable, en un cuarto que sea posible oscurecer en forma parcial y sobre una mesa libre de vibraciones. Cuando debido a su uso sea indispensable limpiar alguna pieza, es necesario contar con aplicadores de madera, algodón, agua destilada, brocha de pelo natural, pinceles finos y bulbos de goma. Lo primero que debe eliminarse, es el polvo de la superficie de las lentes, primero debe intentarse sólo con aire, si éste no se elimina hay que hacerlo con un algodón sobre un aplicador humedecido con agua destilada, y secarlo con otro aplicador seco. Una observación importante es que aunque tenga polvo nunca debe frotarse la lente con lienzos secos. Si sobre las lentes hay manchas muy adheridas que no se limpiaron como ya se indicó, es preciso limpiar con un algodón humedecido con una solución de cuatro partes de bencina de petróleo, cuatro partes de etanol absoluto y dos partes de éter. Es preciso nunca utilizar xilol, tolueno o benceno. Las partes mecánicas se limpian con un trapo de algodón humedecido con agua destilada, si requiere detergente éste debe ser neutro y en bajas concentraciones. La lubricación de las guías y cremalleras debe ser efectuada por un experto.

Sistema óptico de campo claro El microscopio compuesto en su forma más elemental está formado por un par de juegos de lentes; el primer juego más cercano al espécimen es el objetivo, que forma una imagen real, aumentada e invertida del objeto; el segundo juego está próximo al ojo, es el ocular, éste amplifica la imagen formada por el objetivo; la distancia entre el foco posterior al objetivo y el foco anterior al ocular se llama longitud del tubo, que generalmente es de 16 cm (figura 1-3).

Capítulo 1

■ Aplicaciones de la microscopía en la histología y la biología celular

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OCULAR

df oc

Figura 1-4. Condensador de campo claro con lente abatible y diafragma de iris. L

dt obj OBJETIVO

Figura 1-3. Representación esquemática de un microscopio formado por dos lentes convergentes que representan el trabajo óptico de las lentes, la magnificación y la función de la longitud del tubo (λ).

Con todo su arsenal de sistemas ópticos, una variedad que incluyen campo claro (CC), luz polarizada (LP), contraste de fases (CF), contraste diferencial de interferencia (CDI [conocido también como sistema de Nomarsky]) y la fluorescencia, entre otros, la Biomedicina ha explorado el maravilloso mundo de la estructura y la fisiología celular in vitro e in vivo. El sistema óptico de CC se llama así debido a que la luz que debe llegar hasta los oculares debe ser totalmente neutra, por lo que el campo debe ser blanco. Cuando en la trayectoria de esta luz blanca se colocan cortes histológicos con tinciones, la estructura histológica que ha incorporado alguno de los colorantes debe saltar a la vista, contrastándose contra el fondo que es totalmente uniforme y neutro.

Este sistema óptico utiliza una lámpara de halógeno de bajo voltaje (6 a 12 V), la temperatura de color de dicha lámpara alcanza unos 5 000 Kelvin, comparable con la temperatura de color de la luz de día (5 500 K); si no alcanza esas condiciones se utilizan filtros azul o magenta para compensar la temperatura de color. En la salida de la lámpara se encuentra el diafragma de campo que dirige la luz al condensador. Es un conjunto de lentes que tienen la función de agrupar los rayos de luz provenientes de la lámpara y enfocarlos en el plano de la preparación. El condensador más utilizado es el de CC, es el condensador de Abbe, el cual incluye un diafragma de iris y una lente frontal abatible (figura 1-4). Los objetivos cuentan con una serie de datos inscritos en el exterior del mismo. Con letras impresas se lee el tipo de objetivo, el valor del aumento está inscrito por un número seguido de ×, el siguiente dato está colocado después de una línea diagonal y corresponde al valor de la apertura numérica, más abajo se localizan dos datos separados por una línea diagonal; el primero indica la distancia de trabajo de ese objetivo y puede leerse un símbolo de infinito o bien un número (160); el siguiente dato corresponde al espesor del cubreobjeto, o bien, puede tener una línea que indica que ese objetivo podría trabajar sin cubreobjeto en la preparación; a continuación se marca un anillo superior de color específico para cada aumento. El anillo proximal es una banda visible de color situada casi al borde de la camisa principal; con este distintivo se reconoce el factor de aumento de cada objetivo (figura 1-5). El anillo inferior de los objetivos está colocado en el borde de la lente y corresponde a un código de colores y de líquido de inmersión. En los oculares se inscriben características importantes como la magnificación y el campo visual, así como las correcciones. La magnificación se identifica con un ×, después de la diagonal se puede leer la cifra de campo (figura

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Histología y biología celular

Sistema óptico de luz polarizada

Figura 1-5. Revólver con objetivos que poseen inscripción de las características sobre la funda.

1-6). Este valor es muy útil para calcular el diámetro total del campo visual; por ejemplo, para calcular el valor del campo visual de un ocular con valor de 10×/20 con un objetivo de 100×, se divide el valor de la cifra de campo (20) entre el valor de amplificación del objetivo (100), es decir 20/100 el resultado es 0.2 mm, lo que significa que el diámetro del campo observado es la cuarta parte de un milímetro, por tanto, el campo total de observación en estas condiciones es de 200 micrómetros.

Existen cuatro tipos de polarización: absorción, reflexión, dispersión y por birrefringencia (doble refracción). El sistema óptico de LP utiliza como base al de CC. Cuando en forma consecutiva a lo largo de un mismo eje óptico se colocan dos polarizadores, al primero se le denomina polarizador mientras que al segundo analizador. Si los ejes de polarización están cruzados (90º entre ambos) la luz no logrará salir del analizador, según la ley de Malus (MOSCA). El polarizador se coloca entre la fuente de iluminación y la base del condensador, el analizador se coloca en el eje óptico entre el objetivo y el ocular. El campo formado entre el polarizador y el analizador se conoce como “campo de luz polarizada”, de tal modo que el analizador bloquea las longitudes de onda orientadas conforme al polarizador, por lo que es imposible registrar algún rayo de luz por la salida del ocular. Cuando en la platina se coloca una preparación con actividad óptica al campo de luz polarizada, ésta cambiará su patrón de vibración por birrefringencia. Este sistema es ideal para analizar la presencia de cristales como el almidón, oxalatos, urea, o polímeros incluidos en tejidos con o sin tinción y aun en forma aislada. Estos materiales aparecen en el campo de observación con algún patrón de formas y colores característicos, contrastados contra el resto del campo que es negro por la ausencia de luz. La óptica utilizada en este sistema debe ser destensada para evitar la inducción de birrefringencia. Los condensadores y objetivos son identificados con la leyenda “Pol” en color rojo.

Sistema óptico de contraste de fases

Figura 1-6. Ocular con datos inscritos en el anillo frontal, Kpl: plan acromático, W: campo amplio. 10×: magnificación. /20: diámetro de campo de observación.

Fritz Zernike revolucionó la investigación en la Biología celular con la innovación del sistema óptico de contraste de fases (CF), mediante el cual fue posible observar especímenes biológicos como células en cultivo y organismos vivos sin teñir; esto le valió el Premio Nobel en Física en 1953. El sistema óptico (SO) de CF revela las diferencias entre los índices de refracción de los diferentes componentes celulares y el citoplasma, contrastándolos y evidenciándolos por su grosor y densidad como diferencias de intensidad luminosa. Estas pequeñas diferencias de contraste se producen por la naturaleza de la muestra y se intensifican por el diseño del sistema óptico. El sistema se construye a partir de un sistema óptico de CC al que se incorporan un par de anillos de fase (Ph) que trabajan de manera complementaria, el primero es un anillo claro por el cual pasa la luz y está inscrito en una placa que bloquea el resto de la luz desde el condensador. El segundo anillo es el inverso del primero, es oscuro y sólo él bloquea la luz que ha dejado pasar el anillo del condensador, es decir, que tanto el centro como la periferia del objetivo dejan pasar la luz. La combinación de este conjunto de anillos logra desfasar hasta en 1/4 algunas longitudes de onda. Tanto el objetivo como el condensador tienen una leyenda

Capítulo 1

■ Aplicaciones de la microscopía en la histología y la biología celular

Ph seguida por un número que va de 1 a 3 (p. ej., Ph2), que al utilizar este SO deberán ser superpuestos y alineados entre sí (figura 1-7). La eficiencia de este SO se alcanza con luz verde monocromática; observando organismos y células in vivo muy delgados y en solución acuosa, el núcleo y los organelos aparecen más oscuros que el citoplasma, mientras que los contornos celulares se aprecian como halos brillantes.

Microscopía de fluorescencia

B

565 nm visible

E UV 365 nm invisible

El británico sir George G. Stokes acuñó el término “fluorescencia” después de observar el mineral fluorspar cuando lo iluminaba con energía ultravioleta. La microscopía de fluorescencia fue en un inicio estudiada por August Köhler y Carl Reichert, después hubo un largo periodo en que quedó casi en desuso; en fechas recientes se ha consolidado como una técnica indispensable en la medicina y la biología celular. Muchos especímenes, como minerales, cristales, resinas, fármacos, mantequilla, clorofila, cerumen y vitaminas muestran autofluorescencia cuando son radiados con energía ultravioleta. En el decenio de 19301939, el austriaco Max Haitinger desarrolló la técnica de fluorescencia secundaria empleando fluorocromos para marcar componentes celulares, de bacterias y de otros microorganismos sin autofluorescencia (figura 1-8). En 1950, Albert Coons y Nathan Kaplan demostraron la localización de antígenos en tejidos tratados con un anticuer-

A

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C

Figura 1-7. Representación esquemática de: A) Sistema óptico de campo claro; B) Sistema óptico de luz polarizada. C) Sistema óptico de contraste de fases.

Figura 1-8. Representación del principio de fluorescencia. Energía ultravioleta (UV) no visible, es dirigida puntualmente al espécimen, el cual emite una longitud de onda más larga que la que recibió, al salir del sistema de fluorescencia es visible al observador.

po marcado con fluoresceína. Dicha técnica ha resuelto interrogantes sobre la estructura y función de órganos, tejidos y células, además de ser fundamental en estudios de inmunolocalización de proteínas y macromoléculas participantes en vías de señalización. El fenómeno de la fluorescencia se basa en la luminiscencia, definida como la capacidad de un cuerpo para emitir energía ultravioleta (UV), infrarrojo (IR) o luz visible durante el paso de un estado de excitación a su estado de reposo (el estado básico). La luminiscencia tiene dos fenómenos, el primero —la fosforescencia— en la que un cuerpo emite energía continua por un tiempo prolongado. El segundo fenómeno es la fluorescencia, la capacidad de algunas sustancias químicas conocidas como fluorocromos para absorber longitudes de onda, almacenarla y liberarla después como luz visible de mayor longitud de onda. Se conocen dos tipos del sistema óptico de fluorescencia, el primero por transiluminación y el segundo por epifluorescencia. La fuente de iluminación es una lámpara a base de vapor de mercurio que emite un espectro en azul y en ultravioleta. Esta energía es filtrada en forma selectiva por un juego de filtros de excitación antes de llegar al espécimen, que luego de ser radiado emite longitudes de onda de la luz visible. Después de pasar por el objetivo y antes del ocular pasa por un juego de filtros barrera que bloquean el exceso de energía ultravioleta y sólo dejan pasar la longitud de onda seccionada; revelando sólo la fluorescencia. El campo visual es un campo oscuro en el que resaltan los colores de la autofluorescencia o bien de los fluorocromos. El condensador y los objetivos utilizados en este sistema deben ser corregidos y destensados. Una de las técnicas más comunes es el DAPI (4´,6-diamidino-2-fenilindol), un fluorocromo que marca el ácido desoxirribonucleico (DNA), el cual tiene alta afinidad por las bases adenosina-timidina (A-T) regiones de pares de bases en el DNA, es excitada por ultravioleta con rangos de absorción de 355 nm.

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Histología y biología celular

Microscopio de barrido láser confocal La microscopía fotónica ha sido objeto de muchos cambios en las últimas dos décadas, el mejor ejemplo es la microscopía de barrido láser confocal, que constituye un sistema especializado, en el que uno o varios rayos láser barren distintos planos focales de un mismo espécimen y forma imágenes seriadas, que son almacenadas a través de un software como archivo digital. Este sistema ha revolucionado la biología celular, proporciona ventajas extraordinarias, debido a su magnífica nitidez y capacidad de información en 1.5 veces más que la microscopía fotónica, también constituye una poderosa herramienta para analizar la estructura de células y tejidos vivos así como fragmentos histológicos sin que éstos sufran daño tanto por transmisión como por reflexión. La extensión de la magnificación permite hacer reconstrucciones tridimensionales con gran precisión y reduce de manera notable el blanqueo de la fluorescencia por exposición innecesaria y —tal vez lo más importante— elimina el efecto de desenfoque. Estas ventajas han hecho de la microscopía una disciplina de gran popularidad gracias a su opción de generar imágenes limpias y bien definidas, incluso de especímenes vivos en tercera dimensión con amplia profundidad de campo. El rayo láser es la piedra angular en este sistema, su nombre es un acrónimo de su nombre en inglés: light amplification by stimulated emission of radiation; se trata de un dispositivo que crea y amplifica un fino haz de luz, intensificándolo y haciéndolo coherente. Fue inventado por Arthur L. Schawlow y Charles H. Towens y publicado en la revista Physical Review en 1958. La estimulación de la radiación es producida por un cristal de rubí o por la presencia de gases como el argón. Este láser barre en x, mientras que la muestra es movida en eje z —al final de su trayectoria el detector y su fotomultiplicador con apertura especial—, un objetivo de gran apertura numérica y un espejo dicroico. El rayo láser incide sobre la muestra por una pequeña apertura y es enfocado sobre el plano de la imagen del objetivo, así la luz reflejada regresa al mismo punto pero reenfocada y transmitida por una apertura muy pequeña sin pérdida de señal, de manera que la luz colateral a los ejes principales dispersa es bloqueada por la apertura principal y la imagen es de gran definición. Tanto la apertura de iluminación como la de retorno tienen un foco común (figura 1-9). Las aplicaciones del microscopio confocal láser son muy diversas en la biología celular, pues permiten analizar microtúbulos, mitocondrias, DNA, actina, retículo endoplásmico, membrana celular, marcadores inmunológicos, cultivos celulares, biopsias, etc. Todas las ventajas que la microscopía confocal ofrece son respaldadas por sofisticados equipos de cómputo y software capaces de integrar imágenes y presentarlas en tercera dimensión en forma dinámica, así como almacenarlas y procesarlas con excelente resolución. Algunas de las técnicas más utilizadas

Fotomultiplicador

Apertura

Láser

XY Divisor Barrido XY Objeto Espécimen

Control en z Z

Figura 1-9. Representación esquemática de un microscopio de barrido láser confocal.

por los investigadores son: marcaje múltiple, barrido en línea, cortes aislados, reconstrucción tridimensional (3-D) y estéreo de imágenes. Las imágenes obtenidas con este sistema pueden ser editadas desde la pantalla y almacenadas o impresas. Las unidades de memoria sirven para almacenar muchas imágenes en unidades de disco extraíbles. Recientemente el sistema de “deconvolución digital” capta imágenes desde un microscopio convencional de fluorescencia y de manera digital elimina el desenfoque. Después de la muerte de Carl Zeiss, su entrañable amigo Ernst Abbe estableció en 1889 la fundación Carl Zeiss y dos años más tarde cedió los derechos que su amigo le había heredado de las industrias Zeiss junto con los talleres óptico y de vidrio Schott a los trabajadores, dejándolos como únicos propietarios desde 1891 y hasta la fecha.

Microscopía electrónica Introducción Desde su aparición, el microscopio electrónico ha contribuido de manera sustancial al conocimiento de la ultraestructura celular y tisular, ha permitido describir la organización celular y los organelos, así como su relación entre ellos, tanto en vegetales como en animales. También ha contribuido de manera significativa a encontrar respues-

Capítulo 1

■ Aplicaciones de la microscopía en la histología y la biología celular

tas a interrogantes fundamentales relacionadas con la estructura celular normal y patológica. En 1924, Prince Pierre Raymond Louis-Victor de Broglie (1892-1987) propuso que cuando los electrones eran sometidos a campos magnéticos, éstos modificaban su trayectoria. En 1926, H. Busch descubrió que los electrones liberados de un átomo pueden describir trayectorias al igual que el comportamiento ondulatorio de la luz, con la condición de hacerlos viajar en un ambiente sometido al vacío; de esta manera alcanzan una longitud de onda de 0.004 nm, reduciendo en unas 100 000 veces el valor de la longitud de onda de los fotones. En 1931, Ernst Ruska y Max Knoll plasmaron todos esos conocimientos y construyeron el primer microscopio electrónico de transmisión (figura 1-10). Con este desarrollo tecnológico se abrió la puerta a un mundo inaccesible hasta entonces; así, se inició una nueva era en el conocimiento. Los detalles de la Naturaleza a nivel de estructuras subcelulares serían vistos y cuestionados por cientos de investigadores en todo el mundo, muchos biólogos celulares hasta entonces suponían que la célula era una bolsa llena de enzimas con un protoplasma desprovisto de estructura interna. En la

Figura 1-10. Esquema del prototipo de columna electrón-óptica para la formación de imagen en el microscopio electrónico realizado por Ernst Ruska en marzo de 1931. Fuente: Ruska (1986).

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segunda mitad del siglo xix se innovaron y desarrollaron técnicas de preparación de muestras para ser analizadas con el instrumento recién comercializado. Investigadores de distintas áreas aplicativas contribuyeron con muchas y diferentes técnicas, entre ellos están los nombres de Albert Claude, Don Fawcett, Earnes Fullam, Andrey Glauert, Hugh Huxley, Bob Horne, Charles Leblon, John Luft, George Palade, Daniel Pease y Fritjof Sjöstrand. En 1974, Palade y Claude recibieron el Premio Nobel de Medicina por sus contribuciones con microscopía electrónica a la Biología celular. En 1986, Ruska recibió el Premio Nobel de Física en reconocimiento a su importante contribución. Algunas ciencias que se han visto beneficiadas con las aplicaciones del microscopio electrónico son Anatomía, Bioquímica, Microbiología, Patología, Fisiología, Toxicología, Virología, Biología estructural y Biología celular, entre otras. En particular, los anatomistas, los biólogos celulares y los patólogos son los investigadores más ligados al uso del microscopio electrónico. El constante perfeccionamiento de este instrumento lo ha llevado a resoluciones nanométricas, con amplificaciones hasta de un millón de veces. En un inicio se desarrollaron dos tipos básicos de microscopios electrónicos: microscopio electrónico de transmisión (TEM) y microscopio electrónico de barrido (SEM), con grandes variantes y múltiples aplicaciones en un mismo equipo (figura 1-11). En cuanto al primer SEM

Figura 1-11. Fotomontaje de las primeras electronmicrografías. Es un fibroblasto de embrión de pollo en un cultivo de tejidos, tomada por Albert Claude, George Palade y Ernest F. Fullam en 1945, con un microscopio de transmisión RCA modelo EMB a 50 kV.

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Histología y biología celular

fue construido por von Ardenne en Alemania, y el primero fabricado de manera comercial data de 1963.

Microscopio electrónico de transmisión (TEM) El TEM está conformado por sistemas básicos para su funcionamiento. La columna electrónica es el elemento principal, en ella se aloja el cilindro de Wehnelt (CW) o cañón de electrones, lentes electromagnéticas, lentes correctoras de astigmatismo, aperturas y una platina (figura 1-12). Además de un sistema de enfriamiento de las lentes. En lo más alto de la columna está el CW, en su interior se localiza el filamento (por lo general de tungsteno) que es alimentado por un voltaje de baja intensidad para calentarlo; de forma independiente, el CW recibe una corriente negativa de alta tensión, lo que establece una diferencia de potencial eléctrico entre éste y el ánodo, proyectados al vacío por el voltaje de aceleración desde el filamento, alcanzando unos 150 000 km/s a 80 kW. La conducta de los electrones por efecto del voltaje de aceleración y de su carga hacen que este sistema funcione como una lente electrostática, formándose un primer foco o crossover en las inmediaciones del ánodo. Hay tres tipos

de lentes electromagnéticas y, según su función, se clasifican en condensadoras, objetivas y proyectoras, además de algunas bobinas correctoras de astigmatismo. Entre la última lente condensadora y la proyectora está la platina encargada de dar movimiento a la rejilla en la que se coloca la muestra; otro elemento importante son las aperturas colocadas en diferentes regiones de la columna y que se encargan de optimizar el haz de electrones y de incrementar el contraste. La eficiencia del sistema de vacío determina de manera importante la calidad de las imágenes. La presencia de cualquier molécula gas en la trayectoria de los electrones les impediría llegar al espécimen e interaccionar con éste, bloqueando la posibilidad de generar imágenes, por lo que la columna del microscopio electrónico debe estar sometida a presión negativa por un eficiente sistema de vacío. Este sistema se activa en dos etapas, la primera es el prevacío y la segunda es el alto vacío. En el primer caso, una o dos bombas mecánicas evacuan grandes volúmenes de gas y sirven de apoyo permanente a las bombas de la segunda etapa, que son bombas de alta eficiencia y actúan evacuando gases a nivel molecular.

Microscopio electrónico de barrido (SEM)

Figura 1-12. Microscopio electrónico de transmisión, marca Zeiss, modelo EM10C a 100 kV. Instalado en el Departamento de Biología celular y tisular. Facultad de Medicina, Universidad Nacional Autónoma de México.

El SEM o scanning posee dos grandes ventajas sobre otros sistemas ópticos, su gran profundidad de campo y el efecto de tercera dimensión (figura 1-13). Es ampliamente utilizado en el estudio de la morfología, la topografía, en análisis elemental y en la cristalografía. El microscopio de barrido cuenta con una columna electrónica más pequeña que la del TEM, el sistema de lentes crea y modula el haz de electrones y, a diferencia del TEM, carece de lente proyectora; otra diferencia esencial es la presencia de una cámara para el espécimen que, como su nombre lo indica, lo aloja además de los detectores. Se trata de un sistema de lentes colimadoras que gobiernan la rapidez del barrido y su desplazamiento sobre la muestra. La superficie es rastreada en forma lineal por el spot del haz desde un sitio en la esquina superior izquierda y hasta el final de esa misma línea; este ciclo se repite en la línea inmediata inferior y así en lo sucesivo hasta cubrir toda el área observada. El recorrido completo puede durar desde fracciones de segundo hasta varios segundos, lo cual significa que el haz se desplaza sobre la muestra durante la observación, recorriendo punto a punto la superficie y recolectando información en un sistema de coordenadas (x, y) y además en posición z. Toda la información es integrada y mostrada en la pantalla del equipo como una imagen. La aceleración de voltaje en el SEM va desde unos 500 eV hasta 30 kV. La naturaleza del espécimen determinará la elección de la diferencia de potencial utilizada para su análisis. La materia orgánica está compuesta de elementos ligeros, por lo que es muy lábil cuando se expone al haz de electrones sin el tratamiento adecuado.

Capítulo 1

■ Aplicaciones de la microscopía en la histología y la biología celular

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Cátodo Electrones Auger

Haz de electrones

Electrones secundarios (SE)

Ánodo

Rayos X (R-X)

Electrones retrodispersos (BSE)

C1

Espécimen

C2

AP

OBJ

Espécimen

Figura 1-13. Esquema de un microscopio electrónico de barrido (SEM). Representación esquemática de la trayectoria del haz de electrones en la columna del SEM.

Cuando el haz de electrones se impacta en la preparación, causa una zona de múltiples colisiones conocida como “volumen de interacción” y se disipa la energía cinética adquirida en su trayectoria, con lo que se producen diferentes señales potencialmente detectables. Las principales son tres tipos de electrones: Auger, electrones secundarios (SE) y electrones retrodispersos (BSE); además de energía en forma de rayos X (figura 1-14). Con estas señales es posible recuperar varios tipos de información en el SEM: topograf ía, textura, composición química y estructura cristalina. Los SE generan imágenes de gran definición con un juego de contraste y brillo en tercera dimensión.

Aplicaciones especiales en la microscopía electrónica Microanálisis Las técnicas de localización como la autorradiografía, citoquímica e inmunocitoquímica fueron utilizadas en el

Figura 1-14. Esquema de la interacción del haz de electrones con el espécimen. SE, BSE y Auger son electrones producidos por la interacción con el espécimen. R-X son rayos X.

pasado para revelar la arquitectura celular y aclarar mecanismos y procesos fisiológicos como la síntesis de proteínas, reconocimiento de sitios antigénicos por anticuerpos, así como la estructura macromolecular. El microscopio electrónico también puede ser un instrumento analítico cuando se usa para identificar o caracterizar la naturaleza química de los componentes nativos o agregados a tejidos en sitios específicos de la estructura celular. Cuando una muestra biológica es bombardeada por el haz de electrones, se generan dos tipos de señales, una formada por electrones y otra por energía producida por la interacción con la muestra. Esta energía puede ser utilizada tanto en modo TEM (figura 1-15, A), SEM (figura 1-15, B) o de barrido en transcripción. Cuando el haz de electrones impacta un espécimen se genera la emisión de rayos X (figura 1-16), la cantidad de emisión depende de la composición de la muestra; para determinar la composición química del material expuesto, los termoelectrones altamente energizados emiten un patrón de rayos X, con dos variantes, como rayos X característicos o bien como catodoluminiscencia (CL). Ambas formas de rayos X pueden ser detectadas por sondas especiales, las cuales pueden ser de dos tipos: espectroscopía por difracción de rayos X (EDS) y por longitud de onda (WDS); éste es el principio del microanálisis. Ambos tipos de detectores se usan como un importante recurso en la investigación biomédica y de materiales. Su mérito reside en que usan fragmentos muy pequeños de muestra que bien podrían provenir de pequeños volúmenes de biopsias. Los rayos X son emitidos desde la región más profunda de la zona de interacción, en donde se lleva a cabo la mayor cantidad de colisiones elásticas e inelásticas. Se generan cuando el espacio dejado por un electrón en su orbital es ocupado por otro electrón de un orbital más externo y de mayor energía y se libera el exceso de energía, que es emitida en forma de ondas electro-

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Histología y biología celular

A

B

Figura 1-15. A) Electromicrografía de transmisión que muestra la ultraestructura de miocardio, sarcómeras, miofibrillas, mitocondrias, glucógeno; barra = 1 μm. B) Micrografía electrónica de barrido, obtenida por electrones secundarios (SE). Se observa el núcleo, miofibrillas y sus sarcómeras y mitocondrias cerca del núcleo. Barra = 2 μm.

magnéticas. Los datos generados con los detectores de EDS y WDS son analizados por el software de la computadora que traduce en datos presentados de dos formas, como “análisis puntual” de un sitio de interés o bien como un “mapeo”; en ambos casos se revelan cuáles son los elementos químicos analizados. Esta técnica es conocida como microanálisis, mismo que puede ser cualitativo o cuantitativo. Espectroscopía por energía dispersiva de rayos X (EDS).

disco, fabricado a base de sílice y litio. En el pasado, todos los semiconductores para microanálisis debían ser enfriados por nitrógeno líquido a fin de mejorar su resolución y disminuir el ruido. Hoy en día este tipo de detectores han caído en desuso y han sido sustituidos por una nueva generación de detectores que no requieren ser enfriados y tienen una gran resolución, lo cual permite realizar análisis cualitativos en periodos cortos. La señal que capta el detector es transmitida a un amplificador y luego a un analizador, el cual genera una gráfica en un monitor, que muestra picos a diferentes alturas, los cuales indican la presencia relativa de los elementos en mayor abundancia (figura 1-17).

Espectroscopía por difracción de rayos X (EDS) Este tipo de detectores por lo común se utiliza en estudios biológicos. El sensor es un semiconductor en forma de

Rayos X

Electrones E2

E1

Figura 1-16. Electrones energéticamente cargados dislocan electrones de orbitales de baja energía E1. Subsecuentemente, un electrón de un nivel energético mayor llena el locus vacante, perdiendo energía en este proceso.

Capítulo 1

V = 8 192

H = 10 KEV

3:3 Q

■ Aplicaciones de la microscopía en la histología y la biología celular

AQ = 10 KEV

3Q

13

además de producir imágenes contrastadas en los modos TEM y STEM, aunque no es tan común como EDS y WDS.

Criotécnicas

AL

S

K CA

< 0.00 KEV

XES

10.24 KEV>

Figura 1-17. Gráfica de un análisis elemental por EDS de rayos X característicos, los picos muestran la proporción de elementos presentes en el espécimen analizado.

Espectroscopía dispersiva por longitud de onda (WDS) En este sistema de microanálisis el detector capta la energía de rayos X, los cuales son emitidos desde el espécimen que son dispersados por un cristal que los difracta y envía al detector; este último, a su vez, recibe longitudes de onda y las separa por el principio de la ley de Bragg, por lo que cada elemento es identificado de manera individual, ya que tiene una longitud de onda específica. La WDS se utiliza con baja frecuencia en estudios biológicos ya que la exposición del espécimen a este estudio requiere de periodos de exposición más largos que lo pueden dañar, aunque tiene mayor sensibilidad que la EDS.

Espectroscopía por pérdida de energía de electrones (EELS) Tanto las EDS como las WDS analizan el espectro de energía de electrones para determinar la composición elemental de un espécimen. La técnica de espectroscopía por pérdida de energía de electrones (EELS) es utilizada para detectar, por transmisión, diferencias de energía entre electrones que han sido transmitidos a través de un corte; tales diferencias son determinadas por un espectrómetro electromagnético. Este mismo principio puede ser utilizado como filtro de energía para incrementar el contraste y mejorar la resolución en imágenes de material biológico. Los átomos de metales pesados ligados a tejidos o células en condiciones experimentales o patológicas pueden ser revelados por esta técnica. Mediante EELS es factible determinar y cuantificar la presencia de elementos ligeros,

Desde los inicios de la microscopía electrónica, uno de los objetivos más importantes ha sido preservar en tejidos y células la estructura de todos sus componentes en su estado nativo. El acelerado desarrollo de la digitalización y de la tecnología ha promovido el interés por los métodos de criopreservación; la incorporación de platinas frías e inclinables ha hecho posible la reconstrucción tomográfica de muestras biológicas muy delgadas con resolución superior a los 3 nm. La criofijación aporta dos ventajas sustanciales, la alta velocidad de fijación y la estabilización simultánea de componentes celulares. Cabe realizar a baja temperatura por medio de “freeze sustitution” una fijación química y a continuación la deshidratación para evitar daño en los componentes celulares y así llevar el proceso hasta su inclusión a baja temperatura para estudios de inmunolocalización. Los especímenes deben alcanzar un estado de vitrificación para inhibir la formación de cristales que dañen el tejido. El nitrógeno y el etano en fase líquida son excelentes criofijadores. Los métodos más comunes de criofijación son: plunge-freezing (congelamiento por inmersión), propane jet freezing (congelamiento con propano a chorro), cold metal block freezing (congelamiento en bloque en metal frío) y high pressure freezing (congelamiento a alta presión). Este último es el más eficiente, ahí la velocidad de fijación es del orden de 10 000°C/s en un ambiente de presión de 2 100 bar. En estas condiciones los pocos cristales de hielo que se forman miden entre 10 y 20 nm, ya que los crioprotectores inhiben su formación.

Crioelectronmicroscopía La crioelectrónica alude al proceso en el cual los especímenes para microscopía electrónica son procesados de principio a fin a muy bajas temperaturas, incluso durante la observación. Los microscopios electrónicos tienen incorporados sistemas de enfriamiento como platinas frías que conservan al espécimen congelado durante su estudio. La criofijación, la criosustitución, la crioultramicrotomía, la técnica de crioSEM y la fractura en congelación son los principales procedimientos involucrados en la crioelectrónica.

CrioTEM La crioultramicrotomía es una técnica de corte a bajas temperaturas en un crioultramicrótomo. La inmunoquímica, la inmunohistoquímica, el análisis elemental, la morfología y la microscopía inmunoelectrónica son algunas de las técnicas más beneficiadas por los cortes prove-

14

Histología y biología celular

nientes de la crioultramicrotomía. La técnica de Tokuyasu es la más utilizada; en ella los cortes se realizan con una navaja de diamante, en tanto que se conserva la temperatura entre los –80 y –100°C. El ultramicrótomo es acondicionado con un sistema de control de baja temperatura a base de nitrógeno líquido.

CrioSEM Los especímenes biológicos contienen en su estructura hasta 98% de agua, lo cual representa un especial problema para analizarlos por medio del SEM. Considerando que los especímenes han sido estabilizados por la criofijación y deshidratados por la criosustitución —con la ayuda de platinas frías al vacío—, las muestras se transfieren a la platina fría, donde han de ser sombreadas con carbón y ionizadas con oro. Por último, se les incorpora al interior del microscopio electrónico de barrido para ser analizadas. Son varios los equipos en donde se pueden analizar estas muestras, tanto en “alta presión”, como en LV, VP y en ESEM. Las ciencias en donde es factible aplicar esta técnica son múltiples (Botánica, Micología, Zoología, Biotecnología, Biomedicina y Agricultura, entre otras).

con carbón el cual, a su vez, sirve de base a una capa de platino evaporado. El material orgánico es digerido después. La réplica formada es montada sobre una rejilla de cobre y se analiza con el TEM. Por ese método se han localizado e inmunolocalizado una gran cantidad de proteínas asociadas con la membrana celular, así como a los organelos. La ultraestructura de los poros nucleares ha sido estudiada de manera profunda utilizando este método.

Ernst Ruska y Max Knoll construyeron el primer microscopio electrónico de transmisión en 1931 y que hasta 1986 le otorgaron a Ruska el Premio Nobel en Física por su invención; el premio fue compartido con los dos inventores del microscopio de tunelaje, Gerd Binnig y Heinrich Rohrer.

Bibliografía Bozzola JE. Electron Microscopy: Principles and Techniques for

Criofractura La criofractura es una técnica de preparación de tejidos para microscopía electrónica congelados a muy baja temperatura, a alta velocidad y a alta presión. Russell Steere introdujo el método de criofractura (freeze-fracture) a la microscopía electrónica en 1957. Al principio congelaban muestras biológicas combinando los diferentes métodos conocidos; la propuesta original estuvo bien encaminada a resolver incógnitas de la estructura de las membranas celulares; después siguieron los trabajos de Moore en 1961 y de Mühlethaler en 1963, y en 1966, Branton reporta que la membrana celular estaba formada por una bicapa que se puede separar por su espacio intermedio en una mitad interna y otra mitad externa. El método se inicia con una rápida infiltración de un crioprotector, como la glicerina o el dimetilsulfóxido (DMSO), a lo que sigue la congelación a alta velocidad y presión; en seguida se fractura la muestra para producir un plano de fractura a través del espécimen, el espécimen fracturado y congelado es colocado en un sistema de alto vacío que a continuación se sombrea

Biologists. John J. Bozzola, Lonnie D. Russel. Second Edition. Jones and Bartlett. Publishers. USA. p. 670; 1999. Gest H. Discovery of microorganisms. En: Robert H, Leeuwenhoek AV. Notes Rec. R. Soc. Lond.; 58(2):187-201; 2004. Hayat, MA. Fixation for electron microscopy. Academic Press, Nueva York; 501, 1981. Malacara D. Óptica básica. 2a. ed. Fondo de Cultura Económica. México. Colección: Sección de Obras de Ciencia y Tecnología. 2004. Meek GA. Practical electron microscopy for biologist. 2nd. Ed. Editors John Wiley & Sons. UK. 1981. Postek MT, Howard KS, Johnson A, Mc Michael KL. Scanning Electron Microscopy: a Student Handbook. Ed. Postek MT Jr. and Ladd Research Industries, Inc. 1980. Ruska E. The development of the electron microscope and of electron microscopy. Nobel Lecture, December 8, 1986. Severs, NJ. Freeze-Fracture Cytochemistry: Review of Methods. J. Electr Microsc Tech. 13:175-203; 1989. Tipler PA, Mosca GG. Física para la ciencia y la tecnología. Luz. Vol. 2B 5a. ed. Barcelona, España. Editorial Reverté, S. A. 2003. Yacamán MJ, Reyes J. Microscopía electrónica: una visión del microcosmos. México. Fondo de Cultura Económica; 1998. Yount L, Leeuwenhoek AV. First to see Microscopic Life. Enslow Publisher, Inc. 1996.

Capítulo

2

Técnica histológica y sus aplicaciones Verónica Rodríguez-Mata • Vianey Rodríguez Lara Teresa I. Fortoul van der Goes

Introducción

Fijación. Puede efectuarse mediante métodos químicos o físicos. Los físicos son principalmente la criofijación a –70 ºC; para que sea eficaz debe ser instantánea a fin de que evite la formación de cristales de hielo; actualmente se usa también el calentamiento en horno de microondas entre 45 y 50 ºC, aunque sólo en biopsias urgentes para un diagnóstico rápido y no definitivo. Sin embargo, aquí se alude solamente a la fijación química. Esta parte del proceso evitará las modificaciones que ocurren después de obtener el tejido e impedirá lo que se conoce como cambios post mortem. Es factible fijar los tejidos por inmersión al sumergirlos en el fijador, o bien, por perfusión —que en la actualidad es el mejor método—, mediante formar un circuito al introducir por vía sanguínea el fijador de manera que llegue al tejido deseado vía la arteria. El fijador más empleado es el formol al 10%. En algunos casos, de acuerdo al componente celular que se desee observar, varía la manera de fijar el tejido.

La técnica histológica se ocupa de los métodos utilizados para elaborar preparaciones permanentes de células y de tejidos con la finalidad de analizarlos utilizando diversos tipos de microscopios. Su origen y desarrollo son paralelos al del microscopio óptico y comenzaron en el siglo xvii, y se detallan en el capítulo dedicado a la microscopía. Los objetivos básicos de la histotecnología son: a) Producir cortes suficientemente delgados con la mejor preservación morfológica posible, a fin de que logren ser observados con la máxima resolución de los microscopios. b) Conservar las características biológicas y químicas de las células y tejidos para que sean estudiados utilizando métodos especializados. c) Permitir que se estudien en un solo corte la mayor parte de las estructuras celulares y tisulares. d) Conocer la correlación entre la morfología y la función de las estructuras celulares y tisulares.

• Lavado. Se hace con el fin de eliminar el exceso de formol. • Deshidratación. Se realiza por lo general con alcoholes en concentraciones crecientes. • Inclusión en parafina. Es posible cortar el tejido fijado, pero dicho corte no es lo delgado que sí se puede hacer una vez impregnado con un medio. Este medio puede ser la parafina, que es una mezcla de hidrocarburos sólidos que proporcionan una consistencia firme para hacer cortes sin que se distorsione la imagen del tejido y, por último, permitir el paso de la luz para ser observado en el microscopio óptico. Es preciso orientar el tejido para su corte, a fin de que la resistencia que el tejido ofrece a la cuchilla vaya en un gradiente de menor a mayor según se vaya cortando el bloque, así las estructuras tubulares (como las venas) deben incluirse de manera que la cuchilla corte en forma perpendicular el tejido, además de que las superficies epiteliales deben colocarse a manera que el plano de corte pase a través de todas las capas del tejido.

Pasos de la técnica histológica El estudio de los especímenes biológicos debe ser ordenado y efectuado con los métodos apropiados; cada uno debe tratarse de forma tan individual como sea posible. Los organismos están formados por órganos, tejidos, células, partículas y sustancias contenidas en la matriz celular. El desarrollo de nuevas metodologías obliga a diversificar los métodos; sin embargo, en este capítulo se considera la inclusión en parafina, método estándar para preparar cortes de material biológico que comprende varios pasos. Obtención de la muestra. Si proviene de un individuo vivo recibe el nombre de biopsia; la manera de tomarla puede ser excisional, incisional, por sacabocado, por aspiración, punción, raspado, etc. Cuando la toma de las muestras es de un cadáver, entonces se trata de una necropsia. 15

16

Histología y biología celular

• Corte. Por lo general se hacen de 3 a 5 micras, con micrótomos ya sean de rotación o de deslizamiento. • Tinción. Se utiliza para examinar al microscopio óptico, con detalle, los tejidos. • Montaje. Se utiliza para conservar las preparaciones de manera permanente, y en esta etapa se cubre el corte del tejido ya procesado, y adherido a un portaobjetos, con un cubreobjetos. • Etiquetado. En este paso se realiza la preparación de tal manera que se identifique con precisión de qué material se trata. Considere la elaboración de preparaciones histológicas dirigidas a los profesores como apoyo didáctico para la enseñanza de la histología, y a los estudiantes, como apoyo para facilitar el reconocimiento de las estructuras celulares y los tejidos, tanto por su forma como por sus propiedades físicas y químicas.

Tinciones más frecuentemente utilizadas para el estudio histológico Debido a que las células y el material intracelular son transparentes, es necesario utilizar colorantes, mismos que son identificables en función de su afinidad por las diferentes estructuras celulares, aprovechando sus propiedades físicas y químicas. Los fenómenos físicos pueden ser: fuerzas de capilaridad y ósmosis, absorción y adsorción. En cambio, las reacciones químicas, por lo general, tienen que ver con cromógenos que poseen la propiedad de reducirse con facilidad. Aprovechando esta capacidad, cabe utilizar diversos métodos de tinción y referirse a los más comunes. La manera en que se combinan estos colorantes con los tejidos permite adentrarse en la fascinante área de las tinciones de rutina y especiales que se mencionan a continuación.

Figura 2-1. Resalta en esta imagen las diferencias que la tinción de hematoxilina y eosina permite identificar: núcleos en morado y citoplasma en rosa (páncreas).

den utilizarse para poner de manifiesto la arquitectura general, resaltar las fibras de sostén o diferenciar el tejido conjuntivo de las fibras musculares, el colágeno y las fibras reticulares se tiñen en medios muy ácidos con colorantes ácidos. Entre ellas, la técnica más común es el tricrómico de Masson (figura 2-2), que requiere fijación o posfijación en Bouin, y permite ver: a) Núcleos en negro. b) Músculo, citoplasma y queratina en rojo. c) Colágena en azul o verde dependiendo del contraste que se use. El tricrómico de Gallego (figura 2-3) le sigue en importancia y permite observar:

Hematoxilina y eosina La combinación de estos dos colorantes tiñe los núcleos de azul, los citoplasmas en rosa, el músculo en tonos rojizos a rosados fucsia, los glóbulos rojos en naranja o rojo y la fibrina en rosa intenso: la hematoxilina tiñe los núcleos de azul oscuro y es el colorante natural más utilizado, el cual se extrae del palo de Campeche (especie nativa de Centroamérica). En 1860 comenzó a usarse para tinciones de tejidos, la solución de este colorante combinado con aluminio, tungsteno, hierro y otros elementos, es utilizada para teñir núcleos. La eosina es el colorante más usado en soluciones alcohólicas, mismo que tiñe el citoplasma en diferentes tonos de rosa; es la tinción más útil y rutinaria en la mayoría de los laboratorios (figura 2-1).

Métodos tricrómicos Se emplean tres colorantes para teñir distintos componentes en diversos colores. Muchos métodos tricrómicos pue-

Figura 2-2. La técnica tricrómico de Masson identifica el tejido conjuntivo (colágeno) en color azul, los núcleos en negro y la queratina en rojo (piel de axila).

Capítulo 2

Figura 2-3. En este corte de tendón, la técnica de tricrómico de Gallego tiñe al colágeno de verde y los núcleos en azul-negro.

a) b) c) d)

Núcleos en azul. Fibras elásticas en magenta. Eritrocitos en verde limón. Otras estructuras en verde.

Tricrómico de Gomori (figura 2-4), se usa tanto para tejidos como para extendidos celulares y se visualizan: a) b) c) d)

Fibras musculares en rojo. Colágeno en verde. Núcleos de azul a negro. Fibras elásticas, células β de los islotes pancreáticos y los gránulos de la hipófisis, en tonos que van desde el violeta hasta el morado.

Figura 2-4. La técnica de tricrómico de Gomori da el colágeno en verde-azul, los núcleos en azul o negro, las células β del páncreas, rosa y los eritrocitos en color naranja (páncreas).

■ Técnica histológica y sus aplicaciones

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Figura 2-5. Las fibras elásticas resaltan en color negro con la tinción de Verhoeff. En esta arteria elástica (aorta) es muy notoria su identificación en la capa media.

Para fibras elásticas se utiliza la tinción de Verhoeff (figura 2-5) que permite ver: a) b) c) d)

Fibras elásticas negras. Núcleos en negro. Colágeno en rojo. Otras estructuras en amarillo.

Una modificación a la tinción de Mallory (figura 2-6) permite utilizarla para tejido nervioso y permite observar: a) Núcleos, mielina y eritrocitos en rojo brillante. b) Tejido conjuntivo, astrocitos, moco, amiloide, matriz ósea, cartilaginosa y otras sustancias hialinas en diferentes tonos de azul. c) Fibras elásticas en rosa.

Figura 2-6. Con la tinción de Mallory el tejido conjuntivo se ilumina en tonos de azul, de igual manera que el cartílago (pulmón).

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Histología y biología celular

Figura 2-7. Cuando se aplica la técnica de Gros-Bielschowsky se observan los axones en negro-rojizo y las neurofibrillas en negro (nervio periférico).

Métodos argénticos En condiciones apropiadas, determinados componentes biológicos reducen el nitrato de plata, que se precipita en forma de depósitos negros de plata metálica en el lugar donde se produce la reducción química, la cual requiere de la ayuda de agentes reductores. Si se modifican las condiciones de la solución de nitrato de plata que se utilice, es factible emplearla para manifestar una amplia variedad de estructuras como membranas basales, fibras reticulares y melanina. En el tejido nervioso también se emplea el nitrato de plata, seguido de la plata amoniacal; en el caso de bloques de parafina con tejido se realiza una impregnación por largos lapsos, utilizando otros reactivos como cloruro de oro e hiposulfito de sodio y después se hacen los cortes, lo que las convierte en técnicas muy costosas. Considere a continuación varios ejemplos: Gros-Bielschowsky (figura 2-7), observe:

Figura 2-8. La técnica Río-Hortega tiñe las neurofibrillas y cuerpos neuronales en negro (corteza cerebral).

Figura 2-9. Con la tinción de Grimelius, las células del sistema neuroendocrino difuso resaltan en color negro (intestino).

a) Axones en negro. b) Neurofibrillas en negro. Río-Hortega (figura 2-8), neurofibrillas en negro. Grimelius (figura 2-9). Los gránulos en las siguientes células se aprecian en negro. Células α del páncreas. Células gastrointestinales enterocromafines. Células C de la tiroides. Células productoras de adrenalina y noradrenalina. Células de la hipófisis relacionadas con la secreción de ACTH. f) Las demás estructuras se ven del color del contraste utilizado, como en el caso de la eosina, que se observa en tonos rosa-rojos.

a) b) c) d) e)

Sevier-Munger (figura 2-10). a) Fibras nerviosas en negro. b) Otras estructuras en diferentes tonos de café.

Figura 2-10. En esta imagen de corteza cerebral, las fibras nerviosas se ven negras y el resto en color café.

Capítulo 2

■ Técnica histológica y sus aplicaciones

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Figura 2-11. Con la técnica de Gordon-Sweet en hígado, las fibras reticulares se marcan en color negro.

Para fibras reticulares se utiliza la técnica de GordonSweet (figura 2-11), que está sustituyendo a la de Wilder, ya que en esta última se emplea nitrato de uranio, muy difícil de manipular y desechar, con lo cual se observan: a) Fibras reticulares en negro. b) Núcleos en rosa-rojo. c) Fondo en rosa pálido.

Otras técnicas para tejido nervioso No requieren el uso de sales de plata y facilitan la diferenciación de sus estructuras. A continuación se listan algunas. El método de Luxol Fast Blue (figura 2-12) es un colorante soluble en alcohol en el cual la base de la lipoproteína reemplaza la base del colorante y permite que el tejido se tiña. Es factible contrastarlo con reactivo de Schiff y es ampliamente utilizado para tejido nervioso, en el cual se observa:

Figura 2-13. Con la técnica de Nissl los cuerpos neuronales y la mielina se tiñen de azul (médula espinal).

Nissl distingue (2-13). a) Células nerviosas en azul brillante. b) Fondo menos azul. Kluver Barrera (figura 2-14). a) Mielina, fosfolípidos en azul. b) Células en tonos que van del rosa al violeta.

Métodos para carbohidratos Ácido peryódico de Schiff (PAS) (figura 2-15). Algunos de los múltiples usos de la reacción incluyen:

a) Mielina en azul. b) Membranas basales, hongos y cuerpos neuronales en rosa.

1. Demostración de fibras reticulares y membranas basales. 2. Demostración de hongos. 3. Demostración de ciertos tipos de mucosustancias secretadas por el epitelio de varios órganos del tracto digestivo, respiratorio y genital femenino (cérvix).

Figura 2-12. La técnica con Luxol tiñe mielina en azul y cuerpos neuronales en rosa.

Figura 2-14. La técnica de Kluver Barrera muestra mielina en azul y las otras estructuras en rosa o morado (corteza cerebral).

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Histología y biología celular

Figura 2-15. La glándula sublingual marca en rosa las mucosustancias de sus ácinos mucosos.

Todas ellas se pueden ver en PAS positivas en color magenta con núcleos azules.

Técnicas que utilizan azul alciano El azul alciano es un colorante básico polivalente soluble en agua y tiñe en azul por la presencia de moléculas de cobre. En soluciones acuosas reacciona con compuestos que contienen grupos aniónicos, tales como mucosustancias ácidas, mucinas ácidas y ácido desoxirribonucleico (DNA); se utiliza con diferente pH. Con pH 2.5 se tiñen (figura 2-16): a) Mucosustancias carboxiladas y sulfatadas, las mucinas ligeramente ácidas las tiñe en azul. b) Núcleos rojos. c) Citoplasma rosa pálido. Con pH 1 se tiñen (figura 2-17): a) Mucosustancias sulfatadas en azul.

Figura 2-16. Otra tinción para mucosustancias ácidas es la técnica de azul alciano pH 2.5, lo que es muy notorio en este corte de estómago.

Figura 2-17. Cuando el pH es de 1, las mucosustancias más sulfatadas se tiñen de azul (estómago).

b) El resto del tejido puede verse rosa, según el contraste que se decida utilizar.

Métodos metacromáticos Ciertos colorantes reaccionan con diferentes componentes del tejido, tiñéndolos en diferente color al del colorante que originalmente había sido utilizado. Algunos ejemplos de este fenómeno ocurren con: azul de metileno, azul de toluidina, azure A, B, C, tionina, café de Bismarck, safranina, cristal violeta y violeta de metilo. Las sustancias que se tiñen de forma metacromática son llamadas cromótropos, y su propiedad común es el ser estructuras con un alto peso molecular. En este grupo se encuentran el amiloide, los glucosaminoglucanos, los gránulos de las células cebadas, los mucopolisacáridos sulfatados, así como los ácidos nucleicos. Son de uso común las tinciones de Giemsa o Wright (figura 2-18), ambas con resultados similares; se observan:

Figura 2-18. Con la tinción de Wright, en la sangre se pueden identificar los leucocitos, como en esta imagen en la que se aprecia un linfocito y un eosinófilo con sus gránulos rojizos.

Capítulo 2

a) b) c) d) e) f) g) h)

■ Técnica histológica y sus aplicaciones

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Núcleos en azul. Eritrocitos en rojo. Cromatina y glóbulos blancos en morado. Gránulos de eosinófilos en rosa. Gránulos de neutrófilos en morado. Bacterias en azul oscuro. Núcleos de parásitos protozoarios en rojo. Citoplasma basof ílico en linfocitos y monocitos; para los protozoarios en azul.

Métodos para demostrar pigmentos Los pigmentos son componentes identificables en las células normales, aunque también en condiciones patológicas. Se clasifican en dos grupos: a) Como artefactos, al fijar el tejido; los más comunes son los que ocasionan precipitados: debido al formaldehído, al mercurio presente en fijadores como Zenker y Helly, y depósitos por cromo presente en fijadores como Orth, Müller y Kolmer, por mencionar algunos. b) Los que están presentes dentro de las células llamados pigmentos endógenos; entre ellos los más comunes son: hemoglobina (que es una proteína básica ligada al hierro de color rojizo), melanina (la cual consta de grupos que forman de manera natural polímeros complejos de color café-negros) y lipofuscina (cuya composición química es variable y compleja de color amarillo-café resultantes de la oxidación y polimerización de lípidos insaturados). El método de Perls (figura 2-19) se utiliza para demostrar hemosiderina, que es un producto de la degradación de la hemoglobina (pigmento endógeno rico en hierro). a) Hierro en azul de Prusia. b) Fondo en rosa-rojo.

Figura 2-19. Cuando se quiere identificar la presencia de hemosiderina se recurre al método de Perls, que la tiñe en azul (coágulo en la luz de un vaso).

Figura 2-20. En el caso de la melanina, la tinción de Fontana Masson la tiñe en negro, como es el caso del tejido aquí observado; los núcleos se tiñen de rojo (melanoma).

El método de Fontana-Masson (figura 2-20) identifica melanina en color negro. a) Gránulos argentafines en negro. b) Núcleos y citoplasma de rosa a rojo. La lipofuscina (figura 2-21) fue demostrada con el método del PAS y se aprecia en rojo-magenta.

Métodos para detectar ácidos nucleicos Cuando el tejido se trata con ácido clorhídrico (figura 2-22), el ácido ribonucleico (RNA) se degrada, pero el DNA mantiene mejor su estructura, por lo que es la técnica de preferencia para identificar las fases en el ciclo celular, haciendo evidentes la posición de los cromosomas en el citoplasma durante la mitosis. Los cromosomas se observan de color magenta.

Figura 2-21. La lipofuscina en miocardio se identifica con facilidad utilizando la técnica de PAS, que la hace ver rojo-magenta (corazón).

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Histología y biología celular

Figura 2-22. La belleza de los cromosomas en movimiento se identifica de forma maravillosa con la técnica de Feulgen (raíz de lirio).

Figura 2-23. A fin de identificar a los bacilos ácido-alcohol resistentes en el pulmón, se emplea la técnica de Ziehl-Neelsen que los tiñe de rojo (pulmón).

Métodos para demostrar microorganismos

del hongo a grupos aldehído que después son reducidos con nitrato de plata a plata metálica, reacción propiciada por la adición de metenamina (que tiene propiedades alcalinizadoras) y la solución de borato (la cual funciona como un búfer), el cloruro de oro para revelar a la plata metálica, el tiosulfato para fijar la reacción de la plata en el tejido y detenerla, por último, se utiliza un contraste que por lo general es el verde rápido, de manera que permite ver:

Los microorganismos de importancia médica son subdivididos en los siguientes grupos: a) Bacterias; organismos unicelulares cuya talla varía entre 0.2 y 5 micrómetros. b) Hongos; de los cuales existe una gran variedad y se clasifican por su forma. c) Virus; organismos diminutos, la mayoría son visibles sólo mediante el microscopio electrónico. d) Protozoarios, mismos que parecen poseer estructuras muy simples pero tienen funcionalidad muy compleja. Brown-Brenn para demostrar bacterias. a) b) c) d) e)

Células grampositivas azul-negro. Células gramnegativas rosa-rojo. Citoplasma amarillo-café. Tejido conjuntivo rojo. Tejido necrótico café amarillento.

a) Hongos en negro. b) El resto del tejido en verde. Antes de cerrar este capítulo es preciso recalcar la dificultad que implica obtener tejido normal en óptimas condiciones de fijación y que personal experto lo haya procesado, por lo cual se requiere que el estudiante trate con sumo cuidado las preparaciones que tiene el privilegio

Ziehl-Neelsen (figura 2-23) para bácilos ácido-rápidos. Se utiliza la fuscina en una solución de fenol que es el responsable de resaltar la tinción y aparentemente se combina dentro del bacilo ácido-rápido, también funciona como solvente, existen diversas opiniones del porqué ocurre, pero muchos investigadores piensan que se debe a la permeabilidad selectiva de la membrana celular, además, parece que hay una correlación entre el contenido de lípidos y la habilidad para teñirse, esto permite visualizar: a) Bacilos ácido-rápidos rojo brillante. b) Otros elementos tisulares azules. Grocott para hongos (figura 2-24). El primer paso en el procedimiento es la oxidación del tejido y polisacáridos

Figura 2-24. Para identificar hongos, la técnica de Grocott los resalta en color negro (pulmón).

Capítulo 2

de observar en las aulas-laboratorio de su escuela o facultad, pues ello permitirá que futuras generaciones también las utilicen y continúen enriqueciendo su aprendizaje sobre la Histología.

Correlación clínica En 1981, Robert Knodell propuso una clasificación histológica para evaluar la actividad de la enfermedad en el caso de la hepatitis crónica activa asintomática, en biopsias de hígado. Su propuesta incluyó el uso de tres parámetros. Con la hematoxilina y la eosina se identificaba la inflamación y otros cambios. Utilizando la tinción tricrómico de Masson calificaba la cantidad de tejido conjuntivo fibroso. Con estos datos se puede realizar el seguimiento de la progresión de la enfermedad en los pacientes.

■ Técnica histológica y sus aplicaciones

23

Otro colorante utilizado en la técnica histológica de origen animal es el carmín, mismo que se obtiene de la cochinilla hembra y tiene amplio uso en la industria alimentaria, en la preparación de bebidas alcohólicas y no alcohólicas, mermelada, yogur y alimentos que requieren color rojo; también se le da uso en la industria de cosméticos en la elaboración de labiales, polvos para ojos y mejillas; así como en la industria farmacéutica para la elaboración de jarabes, grageas y pastas dentífricas.

Bibliografía Knodell RG, Ishak KG, Black WC et al. Formulation and applica-

La mayoría de los colorantes utilizados en la técnica histológica, habían sido primero probados en la industria textil. Un ejemplo es la hematoxilina, que se obtiene del árbol palo de Campeche, común en México, la cual es extraída del parénquima del tallo e inicialmente es incolora, sin embargo, se deja madurar (oxidar) al aire libre por varias semanas (más de cuatro) obteniendo su característico e intenso color.

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Capítulo

3

La citología como una herramienta para el médico general Patricia Alonso Viveros • M. Leticia Llamas Ceras

¿Qué estudia la citopatología?

técnicas como la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), hibridación in situ y otros procedimientos que están al alcance del diagnóstico anatomopatológico y citopatológico. Otra ventaja de este método es el alto porcentaje de aceptación del paciente debido a su inocuidad, además es un procedimiento rápido que proporciona un diagnóstico certero, con un costo económico que puede ser de uso cotidiano en sitios con escasos recursos. Aunque también tiene algunas desventajas —como las cifras de falsos negativos—, en realidad éstas pueden ser subsanadas con facilidad. Debe señalarse que los falsos negativos casi siempre se deben a fallas en la técnica de obtención del espécimen, ya sea por la presencia de necrosis en el caso de neoplasias malignas, la existencia de excesivo tejido fibroso que acompaña a la lesión o pequeños nódulos no palpables de la glándula mamaria que fueron descubiertos por medio de estudio mastográfico. La valoración de la calidad del espécimen de forma inmediata, in situ por el citopatólogo, en el preciso instante en que se obtiene el espécimen, con el objeto de calificar si la muestra contiene material representativo de la lesión, así como para evaluar la viabilidad celular, es una estrategia que disminuye de manera significativa los falsos negativos. Por supuesto, la capacidad técnica de quien analiza este material es crucial, por lo que dicha valoración debe quedar en las manos del experto. Mediante el estudio citológico también es factible analizar especímenes de secreciones fisiológicas como la orina, las secreciones bronquiales o el material obtenido a través del raspado de mucosas, como la del cuello uterino. No debe olvidarse que el estudio citológico del cuello uterino o Papanicolaou, es una excelente arma de salud pública, como quedó demostrado al propiciar la disminución en la mortalidad ocasionada por el carcinoma cervical en los países desarrollados, en donde el programa poblacional de detección de esta neoplasia utilizó en forma correcta el estudio citológico del cuello uterino. Su efecti-

La citopatología estudia y evalúa material celular constituido por células aisladas y pequeños conglomerados celulares o “microbiopsias”. La obtención de estos especímenes es simple y reúne características peculiares que además de su sencillez hacen que este procedimiento sea de gran utilidad, de fácil aplicación y, en consecuencia, es una técnica accesible y de bajo costo. Por otra parte, para diagnosticar con certeza ciertas enfermedades es necesario practicar una biopsia, procedimiento que en ocasiones se dificulta, ya sea porque se necesita un equipo quirúrgico completo o porque la lesión es profunda y difícil de alcanzar o inaccesible, además, en algunos casos las condiciones de gravedad del paciente no permiten efectuar el estudio y tomar la muestra. El método citopatológico ha minimizado las acciones complejas que constituyen la obtención de una biopsia, por medio de la biopsia de aspiración con aguja fina (BAAF). Un ejemplo es la biopsia estereotáxica en patología del encéfalo, este procedimiento se lleva a cabo con la ubicación exacta de la lesión por medio de estudios de imagen —y de esta manera se obtiene el tejido que habrá de estudiarse— aun en sitios profundos e inaccesibles, el cual se efectúa con relativa facilidad sin lesionar el tejido cerebral sano y vecino a la lesión del problema lo cual, si ocurre, por supuesto que conlleva un alto riesgo de dejar secuelas indeseables. No obstante, por medio de la BAAF se obtienen especímenes para el estudio citopatológico, además de que ofrece la ventaja de que es posible efectuarlo en cualquier sitio del organismo, característica que permite implementarlo en el tratamiento de las lesiones de glándulas salivales, tiroides, pulmón, glándula mamaria, ganglio linfático, así como en órganos y tejidos abdominales, etc., también proporciona una serie de ventajas las cuales beneficiarán al paciente. Además, con este material es posible efectuar un gran número de estudios de inmunohistoquímica, para 25

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Histología y biología celular

vidad ha sido manifiesta, pues hasta la fecha ninguna otra prueba ni alguna otra medida de salud pública ha sido tan exitosa en disminuir la mortalidad por cáncer del cuello uterino; sin embargo, es pertinente señalar que este estudio es efectivo en prevenir sólo el cáncer cervical de tipo escamoso, sobre todo en mujeres en edad reproductiva. Debido a estas razones, en pleno siglo xxi este procedimiento sigue siendo utilizado en países como México, en donde el cáncer cervical aún representa un problema de salud pública. Además, es necesario denotar con claridad que la certeza de la citología del cuello uterino y su papel como arma de prevención secundaria tiene algunas limitantes que deben ser conocidas, las cuales incluyen un correcto muestreo, una interpretación profesional del espécimen, seguimiento y tratamiento adecuados en las mujeres en las cuales la citología cervical fue anormal. Algunas de estas limitantes serán mostradas sobre todo en la siguiente sección, en la cual se indica cómo se debe obtener la muestra del cuello uterino.

Obtención de la muestra para su estudio citológico Como ya se indicó, la obtención de los especímenes varía de acuerdo con el sitio anatómico donde se ubica la lesión que será objeto de estudio y diagnóstico citopatológico. Existe un factor común que debe seguirse al pie de la letra en todos los especímenes citológicos, el cual consiste en la correcta elaboración del frotis, así como su fijación inmediata, con el objeto de evitar la autolisis y muerte celular, lo que imposibilitaría la evaluación de este material. Las técnicas de citopreparación varían de un laboratorio a otro, por lo que este capítulo subraya las técnicas básicas y los principales procedimientos para que el estudiante o médico tratante realice una buena obtención y preparación del material citológico en estudio, así como lo que es más importante en el orden correcto para su efectiva, oportuna y fácil interpretación. Se hace especial énfasis en la obtención y elaboración de los especímenes del cuello uterino. Asimismo, en otra sección se amplía la manera de elaborar especímenes citológicos de otras áreas del organismo.

Elaboración de los especímenes Al margen de este procedimiento cabe señalar que en general existen dos grandes métodos de preparación de las muestras citológicas, lo cual depende de su estado f ísico, ya sean especímenes constituidos totalmente por líquido o muestras semilíquidas.

Elaboración directa Se emplea cuando la muestra es rica en células, es decir, presenta muy poca cantidad de líquido, por lo que el mate-

rial se deposita de manera directa sobre un portaobjetos extendiéndose a lo largo del mismo, como en los siguientes ejemplos: a) Especímenes obtenidos mediante punción por aspiración con aguja fina de tumores muy celulares. b) Especímenes ginecológicos, sobre todo los del cuello uterino, o los raspados, cepillados e incluso improntas de especímenes quirúrgicos.

Elaboración indirecta En caso de que las muestras obtenidas estén constituidas fundamentalmente por líquido, para realizar el frotis debe concentrarse la población celular mediante centrifugación, como ocurre con la orina y los líquidos procedentes de derrames de pleura, peritoneo, pericardio o lavados de alguna de estas cavidades, etc. El frotis se elabora por lo general con el sedimento resultante de la centrifugación y, en ocasiones, también se debe obtener un espécimen del material sobrenadante. En general, la elaboración correcta del frotis citológico debe llevarse a cabo en forma longitudinal a la laminilla portaobjetos, siguiendo su eje mayor, procurando que la dispersión celular sea en monocapa y que la laminilla esté identificada de manera correcta. Además, los especímenes pueden ser recibidos en el laboratorio de diversas formas:

Frotis previamente fijados Lo constituyen todos aquellos especímenes que han sido elaborados y fijados justo después de la obtención de la muestra. Su fijación puede haber sido por medio de un citoespray o sumergidos inmediatamente en alcohol etílico de 96°. Por lo general corresponden a muestras citológicas del cuello uterino (más adelante se hace énfasis en la correcta obtención, elaboración y fijación de los especímenes de este órgano).

Frotis secados al aire Tales especímenes corresponden a extendidos elaborados por el clínico, no se utiliza ningún fijador, sino que justo después de su elaboración se dejan secar al aire. Este material en general corresponde a muestras hematológicas o a especímenes obtenidos por medio de aspiración con aguja fina, también se dejan secar al aire cuando se precisa evaluar la calidad del espécimen in situ.

Muestras sin elaborar Este tercer grupo incluye a especímenes en estado fresco que llegan al laboratorio (idealmente) en forma inmediata después de haber sido obtenidos. Tales especímenes pueden estar en estado líquido o semisólido, y su elaboración requiere mayor dedicación y habilidad, como se señala en las siguientes secciones.

Capítulo 3

■ La citología como una herramienta para el médico general

Muestras por extensión directa Es la técnica más común, de particular utilidad para muestras con contenido mucoso (raspado de mucosa bronquial, esputo, aspirado bronquial, líquidos con esta constitución, etc.).

Previa centrifugación Es una técnica útil para muestras seromucosas y grandes volúmenes de líquidos serosos (líquidos de quistes y muestras originadas por lavados).

Citocentrifugación Es un procedimiento que se lleva a cabo con una centrífuga especial —citospín, utilizada cuando los especímenes son muy escasos y translúcidos, además se obtiene el espécimen ya elaborado en la laminilla—. Se trata de una técnica de gran utilidad y rapidez para la preparación de muestras líquidas limitadas. A diferencia de cuando la muestra es abundante y de aspecto turbio, en la cual se utiliza una centrífuga común para el proceso de sedimentación y, ocasionalmente, del material sobrenadante, a partir del cual se elaborarán las muestras.

Filtros de membrana Constituyen una técnica de concentración en muestras líquidas de baja densidad celular (orina) ya que se rescatan mayor número de células que la citocentrifugación. Estos filtros son membranas porosas de plástico, con poros que van de 10 a 8 micras. Los hay de acetato de celulosa (Millipore) o de policarbonato (Nucleopore). Su uso por lo general se restringe a estudios de investigación y no a la rutina diagnóstica.

Otros procedimientos de elaboración de la muestra La validez de un diagnóstico efectuado en un estudio citológico depende de manera primordial de su correcta obtención, elaboración, fijación y evaluación microscópica. En este espacio se considera de manera muy breve el método de elaboración de los especímenes citológicos utilizando el procesamiento en base líquida, el cual ha sido proclamado como aquél que ha de desplazar a los procedimientos convencionales, mismos que son inmejorables si quien los efectúa imprime calidad a todo el proceso de elaboración del espécimen. La técnica de procesamiento en base líquida tiene un elevado costo, la elaboración de los especímenes es laboriosa y, sobre todo, no mejora de manera sustancial el desempeño —en especial de la citología ginecológica— si se le compara con la técnica convencional —siempre y cuando esta última sea realizada en condiciones óptimas, como ocurre con la citología tradicional. El procesamiento en base líquida fue promovido en un inicio con el objetivo de disminuir los falsos negativos,

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evaluación que se inició en EUA a raíz de una serie de noticias periodísticas de muertes por cáncer cervicouterino en mujeres que habían tenido el antecedente de estudios citológicos negativos. El procedimiento técnico de la citología en base líquida emergió con el objeto de enmendar una serie de fallas a lo largo de la obtención, elaboración y fijación del espécimen, tratando de lograr una captura total de las células, fijación óptima, distribución aleatoria de las células anormales, limpieza de elementos perturbadores que impidan una visualización, tales como exceso de células inflamatorias, sangre y microorganismos. La técnica en citología ginecológica consiste en obtener el espécimen a través de un cepillado del cuello uterino, depositándose la cabeza del cepillo en un contenedor o vial, el cual contiene un líquido que fija y preserva las células y que resulta útil para la búsqueda de virus y de otros elementos bacterianos. Después se elabora el espécimen en aparatos que centrifugan y separan los elementos no deseables, para obtener una muestra teóricamente excelente en una pequeña superficie de la laminilla. A raíz del surgimiento de esta tecnología aparecieron —y siguen apareciendo— numerosas publicaciones que avalan la bondad del método. Sin embargo, la tecnología utilizada en este procedimiento (como ya se ha señalado) es muy costosa y el tiempo de elaboración es prolongado. Tales circunstancias, sobre todo en el aspecto económico, han hecho que esta tecnología en el medio mexicano no haya tenido la difusión que se esperaba. Recientemente aparecieron evaluaciones de este novel procedimiento, basadas en metaanálisis que demostraron que no existen ventajas sustantivas que respalden el uso de esta tecnología comparativamente con un espécimen de buena calidad del Papanicolaou convencional. Lifschitz señala: “Ante la tecnología emergente se requiere de un enfoque crítico, que eluda el deslumbramiento y evite el sometimiento y la dependencia”. Es importante señalar que este procedimiento es útil cuando se precisa efectuar estudios complementarios en casos específicos, como sería el indagar en determinada paciente la presencia del ácido desoxirribonucleico (DNA) del virus del papiloma humano (HPV), así como la presencia de ciertos microorganismos, en este caso se utiliza el remanente de la muestra que quedó en el vial correspondiente. No cabe duda que esta tecnología también se puede utilizar en el procesamiento y elaboración prácticamente de cualquier espécimen citológico, incluyendo el material que se obtienen por BAAF.

Técnicas de fijación del material citológico Su principal objetivo es conservar el detalle morfológico de las células conservando todas sus características tal como están en el tejido vivo. Esto se consigue con fijadores

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Histología y biología celular

que deshidratan las células, inactivan las enzimas autolíticas, coagulan las proteínas y penetran a través de la membrana celular. Es un paso indispensable para contar con material ad hoc que permita su correcta coloración con lo que será sencilla una evaluación microscópica. La fijación debe realizarse de forma inmediata a la obtención y extensión del material citológico, con el espécimen todavía húmedo. No existe el fijador perfecto, todos causan cierta retracción celular y cada uno actúa con una velocidad diferente.

Tipos de fijadores a) Alcoholes Son los que con mayor frecuencia se utilizan en citología, actúan deshidratando las células y coagulando las proteínas, su mayor ventaja es que son fijadores rápidos y su desventaja es que son volátiles e inflamables. Los más usados son: • Etanol al 96%. Es el fijador de elección para material de origen ginecológico y de secreciones bronquiales, también cuando la tinción usada es la de Papanicolaou. Produce resultados satisfactorios siempre y cuando los especímenes citológicos sean de calidad, elaborados como ya se ha indicado, los cuales se sumergen de inmediato en el etanol al 96% durante 15 a 20 minutos con lo que la fijación suele ser óptima. En estas condiciones el traslado de las muestras al laboratorio puede llevarse a cabo en recipientes individuales o colectivos, siempre y cuando los frotis estén bien identificados. • Metanol al 100%. Este fijador se utiliza cuando los especímenes son fijados al aire, en especial cuando se evalúa la calidad del material in situ en las aspiraciones con aguja delgada que serán teñidos con Diff-Quick, colorante de la familia del grupo de las tinciones hematológicas como el Giemsa. • Propanol e isopropanol al 90%. Son de uso más restringido.

b) Líquido de Carnoy Este fijador puede ser útil en especímenes con gran contenido hemático y su función al contener ácido acético glacial al 2.5% y cloroformo es de producir hemólisis de los eritrocitos, que impiden la evaluación de otro tipo de células. Su uso es restringido, ya que si la muestra se deja más de 15 minutos se pierde el detalle nuclear.

c) Citoespray Es un fijador en forma de aerosol que, además, deposita una capa protectora de polietilenglicol (Carbowax, mezcla de polímeros, con alcohol isopropílico) que debe retirarse a través de enjuagues de etanol y agua antes de que los especímenes sean teñidos.

Tal fijador en forma de aerosol pulveriza toda la superficie de la laminilla portaobjeto de modo rápido y sencillo, se debe aplicar de manera homogénea a una distancia de 25 a 30 cm de la muestra, para evitar que haya dispersión mecánica de las células de espécimen, por la fuerza del chorro del fijador. El citoespray ha sido utilizado ampliamente y se recomienda cuando los especímenes deben ser enviados a laboratorios distantes para su tinción y estudio. No se recomienda utilizarlo en frotis con gran contenido líquido ni en frotis hemáticos. Un paso muy importante antes de la tinción es que a las laminillas fijadas con citoespray se les debe retirar la capa protectora mediante lavados sucesivos de 5 a 10 minutos en etanol al 96% y agua. La falla de este procedimiento impedirá un buen proceso de coloración. A pesar de todos estos beneficios la fijación con etanol al 96% es superior.

Tinción del material citológico Los principales objetivos de la tinción de los especímenes son: • Visualización óptima de las células. • Diferenciación de los diversos constituyentes celulares. • Que el análisis y evaluación específica de las características de la estructura nuclear sean adecuados, ya que los cambios morfológicos evalúan la conducta celular anormal. • Análisis del citoplasma, cuyos cambios orientan el origen celular. Para ello se emplean diversas técnicas, la hematoxilina y eosina en solución acuosa es la coloración universal, tanto para tejidos como para material citológico. La hematoxilina es un colorante con afinidad hacia los ácidos nucleicos, con lo que delinea las características del núcleo y la eosina al citoplasma. En citopatología se utilizan varios procedimientos de coloración, sin embargo, el más utilizado, fundamentalmente en frotis ginecológicos, es la tinción de Papanicolaou. Dicha tinción contrasta la morfología celular con el citoplasma, asimismo, proporciona al espécimen una gran transparencia. En citología ginecológica, sobre todo del cuello uterino, la coloración del citoplasma proporciona información adicional en relación al origen y maduración de las células epiteliales.

Tipos de tinciones Tinción de Papanicolaou Como ya se señaló, está particularmente indicada para el estudio de la queratinización de las células malpighianas patológicas. Fue introducida por Papanicolaou en 1925 y es una tinción diferencial o polícroma.

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■ La citología como una herramienta para el médico general

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Tinción de Shorr Es un procedimiento histórico y se utilizaba como tinción diferencial en las evaluaciones hormonales.

Tinción de May-Grünwald-Giemsa Dicha coloración es utilizada en el estudio de lesiones linfoides, también en el material obtenido por BAAF. Es de gran utilidad por la marcación fina de cambios nucleares. El material extracelular como la matriz mixoide, colágeno mucina o coloide se tiñe con claridad.

Coloraciones extrarrápidas

Figura 3-1. Batería de tinción de Papanicolaou.

Usa tres colorantes básicos y sus mezclas, el colorante nuclear lo proporciona la hematoxilina de Harris que produce una impregnación excelente de la estructura cromática y los colorantes del citoplasma, que son el OG6 que contiene naranja G6 y el EA-50 constituido por una mezcla de light green, fast green, pardo de Bismarck, ácido fosfotúngstico, carbonato saturado de litio y eosina. Tales colorantes se encuentran comercialmente y además del EA-50, existen otras mezclas como el EA-36 y el EA-65, que si bien proporcionan buenos resultados para teñir cualquier tipo de espécimen citológico, se recomienda su uso en situaciones especiales, sin embargo, en la tinción del material del cuello uterino es recomendable el uso del EA-50. Para muestras ginecológicas gruesas se prefiere el EA-65, ya que al tener en su elaboración verde luz, no colorea de manera tan intensa el fondo de la preparación (figuras 3-1 y 3-2).

Figura 3-2. La batería de tinción de Papanicolaou consta de tres colorantes, alcoholes y xilol, ubicados en una campana de extracción.

Son coloraciones utilizadas como tinciones útiles en el diagnóstico peri o transoperatorio, la evaluación o la evaluación in situ de la calidad de los especímenes que necesitan coloraciones rápidas, como el azul de metileno y otras tinciones.

Coloración con azul de metileno al 1% Es empleada para efectuar diagnósticos rápidos y la evaluación del material en fresco.

Coloración de ácidos nucleicos Es el Feulgen y tiñe de manera específica el DNA, se utiliza ampliamente en instrumentos que efectúan mediciones, incluso existen “kits” para medición cuantitativa del DNA.

Obtención adecuada de las muestras Muestra de citología ginecológica Esta sección presenta una breve reseña de los conocimientos actuales relacionados con la historia natural del cáncer cervical, que modulan las estrategias de los programas de prevención secundaria del cáncer cervical. Asimismo, estos conocimientos identifican a la población bajo estudio a través del estudio citológico. Considera, además, la serie de procedimientos que deben realizarse para la obtención, elaboración y fijación correctas de tales estudios. Por último, incluye una breve reseña de algunas estrategias para optimizar el procedimiento de detección que está realizándose en algunas áreas desprotegidas del territorio mexicano. Como ya se señaló, el estudio citológico del cuello uterino ha demostrado ser un arma de prevención secundaria bastante efectiva contra el cáncer cervicouterino invasor. La verificación del éxito de esta aseveración en los países que han implementado programas de detección oportuna de cáncer cervical de calidad, utilizando como instrumento la citología cervical, ha sido la baja mortalidad de la población incluida en este programa. Sin embargo, para que este objetivo sea alcanzado, es necesario cumplir una serie de requisitos indispensables, dentro de

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Histología y biología celular

un marco de calidad que debe seguirse a lo largo de todo el proceso, el cual inicia desde la selección de la paciente hasta la consumación del tratamiento oportuno y correcto de la lesión descubierta y que, al ser erradicada, deja a la mujer libre del peligro de desarrollar un cáncer invasor. Como es evidente, el estudio citológico en este marco de referencia no es tan fácil como parece, si en verdad se desea que cumpla su cometido. En la obtención de un espécimen perfecto participan numerosos actores de diferentes niveles de conocimiento, y si no se sigue una estrecha vigilancia para que los diversos pasos de este proceso se realicen con el máximo de calidad, la prueba puede resultar un fracaso. Por esta razón debe implementarse de manera continua un monitoreo que vigile la calidad en cada uno de sus pasos (figura 3-3, A y B). Además, debe tenerse conocimiento sobre la historia natural de la neoplasia cervical y el HPV, pues es necesaria la presencia de HPV junto con varios cofactores para que se desarrolle el cáncer cervical, sin embargo, la sola infec-

ción por HPV no es suficiente, ya que la transformación neoplásica no es unifactorial, sino que se desarrolla a partir de mutaciones celulares en eventos múltiples. Por otra parte, es importante estar al tanto de que la mayoría de las infecciones se adquieren casi siempre con el inicio de la vida sexual, siendo la gran mayoría intrascendentes, pues el sistema inmunológico sano es capaz de inactivar al virus. También se sabe que, en una minoría de casos, el virus puede permanecer en la paciente, esta circunstancia se conoce como infección persistente, misma que a la larga es responsable de la transformación neoplásica y de los cambios celulares preneoplásicos. Todos estos conocimientos, aunados al avance tecnológico, han logrado que en la actualidad se cuente con pruebas moleculares que identifican a los diversos genotipos del HPV, además, se han desarrollado vacunas, por lo que la prevención primaria hoy es toda una realidad. Con la prueba molecular del DNA del HPV es factible reconocer a la población infectada que, a fin de cuentas, es la población en riesgo, que en el medio mexicano está constituida solamente entre 9 y 12% de la población general, a diferencia de la enorme población de millones de pacientes que eran considerados para llevar a cabo la detección poblacional. Con la identificación de esta población infectada, en la actualidad se está llevando a cabo un proyecto para mejorar la prevención secundaria. Dicha intervención consiste en que a la población positiva a la prueba del DNA del HPV, mayor de 30 años, se le realice un estudio citológico para averiguar si existen lesiones epiteliales provocadas por la infección viral que se detecten con esta prueba, y en caso positivo se les realice un estudio colposcópico para identificar la lesión y su extensión e instituir el tratamiento adecuado. Esta estrategia cumple varias metas:

A

C

B

Figura 3-3. A) Material citológico de mala calidad. B) Material citológico con artificios de sequedad. C) Laminillas con el espécimen mal distribuido.

Capítulo 3

■ La citología como una herramienta para el médico general

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1. Identifica a las mujeres infectadas que presentan las lesiones precursoras. 2. Su reconocimiento permite dirigirlas a servicios de salud para su estudio y tratamiento. 3. Como el número de casos con patología se reduce, los recursos de la infraestructura existente son optimizados. No obstante, para que este proyecto cumpla su cometido, el estudio citológico debe ser de óptima calidad a lo largo de todo el proceso, así como el resto de los estudios y procedimientos a que se sujete la paciente. Sin embargo, esta estrategia fallará si se realizan frotis mal elaborados o mal fijados, pues en ese caso la tinción y su evaluación ulterior no serán efectuados con los estándares de calidad indispensables.

¿Quién debe realizarse el estudio de Papanicolaou? De acuerdo con la Norma Oficial Mexicana basada en la historia natural y las características epidemiológicas de cada área geográfica, hay pequeñas variaciones que señalan diferentes edades para que la mujer que ya ha tenido relaciones sexuales se realice su primer estudio de Papanicolaou; en México se recomienda en mujeres desde los 25 hasta los 65 años. Se sugiere que en principio el estudio se lleve a cabo cada año y, si al tercer año el resultado ha sido persistentemente negativo, entonces puede espaciarse el estudio hasta cada tres años. El alto número de mujeres mayores con neoplasias cervicales en México obliga a mantener una conducta activa en forma de programas poblacionales de detección oportuna de esta neoplasia.

¿En qué momento debe hacerse el estudio? No hay duda de que lo ideal es efectuarlo en población asintomática. Es mejor practicarlo hacia la mitad del ciclo menstrual, cuando el efecto de los estrógenos proporciona especímenes limpios que facilitan la lectura del espécimen. No se recomienda la toma durante el periodo menstrual. En mujeres con sangrados anormales, no sólo se debe efectuar este procedimiento, es imprescindible realizar también un estudio clínico cuidadoso para identificar el origen del sangrado, que puede tener un origen fuera del cuello del útero. El embarazo no contraindica la toma del Papanicolaou. En presencia de infecciones que produzcan cambios inflamatorios agudos es factible recurrir a limpiar con cuidado y gentileza con un hisopo la secreción purulenta, de modo que quede visible la mucosa de la cual se va a obtener el material. En el caso de que haya fenómenos inflamatorios muy severos, es preferible diferir la obtención del espécimen hasta después de que la paciente termine un

Figura 3-4. Instrumentos necesarios para la obtención del estudio de Papanicolaou.

tratamiento contra la infección. Además, es importante tener en cuenta las siguientes recomendaciones antes de la realización del estudio citológico de Papanicolaou: • La mujer debe abstenerse de sostener relaciones sexuales 24 horas anteriores a la toma de la muestra. • No debe administrarse ningún medicamento por vía vaginal las 24 horas previas al estudio. • Es importante que la paciente no haya efectuado lavado vaginal.

Material necesario para la obtención de una muestra adecuada La lista de material indispensable con el que debe contar el médico para realizar una muestra eficaz es (figuras 3-4, 3-5 y 3-6):

Figura 3-5. Cepillo, espejo, espátula de Ayre.

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Histología y biología celular

Figura 3-6. Cytobrush: cepillo para toma cérvico-vaginal indicado en pacientes con cuello atrófico.

Figura 3-8. Células de epitelio plano en una muestra cérvicovaginal bien tomada.

• Mesa ginecológica. • Lámpara. • Espéculo de metal o plástico (estándar y de diversos tamaños). • Espátula de Ayre. • Cepillo endocervical o torunda de algodón no absorbente. • Portaobjetos, de preferencia con extremo esmerilado. • Alcohol de 96° o fijador en espray.

de transformación) (figuras 3-7 y 3-8), que es la zona en donde se originan las lesiones precursoras del cáncer invasor; además es condición indispensable que el espécimen se elabore y fije de manera correcta e inmediata. La zona de transformación es muy variable (figura 3-9) y depende de modo fundamental de la edad de la paciente, al ser un epitelio en extremo sensible al estímulo de los estrógenos. Debido a ello su ubicación anatómica será diferente de una paciente a otra. En pacientes de edad avanzada y posmenopáusicas, es preciso tener en cuenta que esta área por lo general migra hacia el canal endocervical, por lo que la obtención del espécimen citológico debe dirigirse con precisión a esta zona anatómica. En general, los especímenes cervicales deben contener material de la zona de transformación y de forma

Obtención del espécimen del cuello uterino El éxito en la identificación de las lesiones precursoras del cáncer cervical que se realiza por medio del estudio citológico reside en que los especímenes sean obtenidos justo de la mucosa del cuello uterino, del área de la zona de transformación en donde se presenta la metaplasia (zona

ZT

Endocervicales

Figura 3-7. Células endocervicales indicativas de una muestra cérvico-vaginal adecuada.

Figura 3-9. Imagen histopatológica del inicio de la metaplasia o zona de transformación (ZT).

Capítulo 3

■ La citología como una herramienta para el médico general

secundaria del endocérvix. Es importante que el instrumento sea el indicado para obtener el espécimen de cada tipo de cuello uterino. En mujeres jóvenes con la zona de transformación expuesta, el uso de una espátula de Ayre es el instrumento adecuado. Esta espátula tiene dos extremos, uno ligeramente puntiagudo, en contigüidad con una porción redondeada que se adapta de modo perfecto al contorno del cuello uterino, con lo que se obtiene una muestra representativa de la zona de transformación y de la mucosa endocervical al efectuar una rotación de 360°. El extremo opuesto de la espátula está diseñado para que con un raspado circular suave se obtenga material de la mucosa exocervical. En mujeres de edad avanzada o con bajos niveles de estrógenos, cuya zona de transformación está parcialmente oculta, el instrumento indicado será un cepillo como el cytobrush, que permite obtener muestras de la mucosa que ha migrado hacia el canal endocervical. Es muy importante que la obtención de este espécimen se lleve a cabo con sumo cuidado y gentileza, rotando el cepillo sólo 45° para evitar erosiones de la mucosa de un epitelio delicado y atrófico y, más aún, evitar el sangrado. A continuación se señala paso a paso el procedimiento correcto para obtener especímenes de calidad. 1. Prepare las laminillas que utilizará, personalizándolas de manera correcta, utilizando el tercio de uno de sus extremos. 2. La paciente debe estar en posición ginecológica (litotomía) y en principio se debe observar la región vulvar en búsqueda de alguna patología. Después separe los labios mayores y menores introduciendo el espejo vaginal de tamaño adecuado sin añadir lubricante alguno. En mujeres posmenopáusicas es importante humedecer ligeramente las caras externas de las valvas del espejo con suero fisiológico o agua destilada a fin de facilitar esta maniobra. 3. Es preciso visualizar el cuello uterino, efectuando además una evaluación de las paredes vaginales. 4. Con el cuello uterino expuesto, busque lesiones macroscópicas, si logra identificar una lesión sugestiva de cáncer invasor, la indicación precisa es obtener una biopsia de la lesión, de preferencia en un área no necrótica, aledaña a tejido sano. 5. Después de observar de manera cuidadosa la mucosa del cuello uterino, acerque a la mucosa el extremo romo de la espátula y obtenga la muestra mediante raspar ligeramente con un movimiento circular de 180° hacia la derecha. 6. Voltee la espátula y acerque la punta alargada al endocérvix, repitiendo la maniobra giratoria raspando ligeramente en sentido contrario, es decir, hacia la izquierda. 7. Elabore de manera inmediata los frotis, depositando primero el material celular obtenido con el extremo

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de punta roma a lo largo del portaobjetos, efectuando una maniobra que obtenga un depósito del material celular en monocapa. Inmediatamente después voltee la espátula y deposite en la otra mitad del portaobjetos, en sentido longitudinal, el material obtenido del endocérvix. Sumerja con rapidez la laminilla en alcohol, a fin de lograr su correcta fijación. Toda esta maniobra no debe exceder 20 segundos. (A pesar de que lo óptimo es utilizar alcohol, la fijación puede realizarse utilizando citoespray; si emplea este último, tenga cuidado de esparcir el rocío del fijador a unos 20 a 30 cm de distancia, con el objeto de no alterar la muestra celular.) Para obtener el espécimen de las mujeres menopáusicas con un cuello uterino atrófico en quienes no se visualiza la zona de transformación, utilice un cepillo o en su defecto un hisopo. Realice el frotis siguiendo los mismos pasos que en el caso anterior. Al retirar el espejo, debe rotarlo 90° con el objeto de visualizar las paredes vaginales. El tiempo mínimo de fijación en alcohol es de 15 a 20 minutos, después puede dejarse secar para ser enviado al laboratorio sin peligro de que el frotis tenga cambio alguno. Los especímenes citológicos deben acompañarse siempre de una solicitud de estudio que contenga todos los datos clínicos de la paciente, en donde se detalle si existe historial citológico, de biopsias, etc., así como los hallazgos macroscópicos en el examen del cuello uterino.

Los especímenes obtenidos serán de gran utilidad si contienen células representativas de los epitelios del cuello uterino y de los cambios cuando éstos se hallan presentes. Además, si la elaboración ha sido efectuada de manera correcta, el frotis mostrará una capa delgada de elementos celulares que han sido fijados de manera correcta y que en la tinción adquirirán la coloración adecuada para que logre elaborarse un diagnóstico preciso. Siempre deben monitorizarse todos estos pasos con el objeto de obtener especímenes útiles y confiables.

Informe del estudio citopatológico del cuello uterino En relación con el informe de la citología cervical, la Norma Oficial Mexicana (NOM-014) señala lineamientos para el reporte del estudio citopatológico del cuello uterino y especifica que debe utilizarse la nomenclatura del sistema Bethesda. Es importante seguir estos lineamientos, ya que hay numerosas terminologías que con mucha frecuencia confunden no sólo al médico tratante, sino a la misma paciente. El doctor Papanicolaou ideó una nomenclatura que en la actualidad ha quedado obsoleta, pero que a veces hay quienes siguen empleándola. Es importante señalar que en

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Histología y biología celular

la época del doctor Papanicolaou no se tenía conocimiento de la historia natural del cáncer del cuello uterino y la nomenclatura estaba constituida por cinco clases, catalogadas con números romanos (desde la clase I, normal, hasta la clase V, cáncer invasor). Después, la Organización Mundial de la Salud (OMS) propuso una nomenclatura acorde con la terminología histológica (displasias: leve, moderada y grave; carcinoma in situ y cáncer invasor). El esfuerzo por uniformar la nomenclatura citológica con la histopatológica fue de enorme utilidad, pues impulsó el esclarecimiento de la historia natural del cáncer cervical. Más tarde Richart, basado en estudios multidisciplinarios, acuñó el término “neoplasia intraepitelial cervical” con tres grados de nomenclaturas más apegadas a los conocimientos científicos de esa época. Estos tres intentos que aportaron conocimientos en su época, han quedado ya en la historia, pues no sustentaron algunas razones válidas para identificar de manera correcta las lesiones. La nomenclatura del sistema Bethesda, en cambio, además de que está basada en la historia natural del cáncer cervical —misma que hoy en día es bien conocida—, aporta ventajas como las siguientes: 1. Propicia comunicación de difusión universal. 2. Puede correlacionarse con el diagnóstico histopatológico. 3. Evalúa la calidad del espécimen. 4. El diagnóstico es predictivo. 5. La identificación de las lesiones a través de esta terminología binaria proporciona elevadas cifras de concordancia interobservadores e intraobservadores. Se trata de una nomenclatura fundamentada en descubrimientos científicos recientes sobre distintos hechos biológicos, por lo que considera eventos tanto moleculares como celulares bien establecidos, también toma en

Figura 3-10. Lesión escamosa intraepitelial de bajo grado (coilocitos).

Figura 3-11. Imagen histopatológica de un condiloma, originada por virus de bajo riesgo.

cuenta la historia natural de la enfermedad y es de utilidad clínica al tener gran predictibilidad. Además, es capaz de señalar un pronóstico que ayuda a planear el tratamiento y, al ser una clasificación binaria, favorece la reproducibilidad, por lo que puede utilizarse con confianza. Tal nomenclatura separa las lesiones intraepiteliales en dos grados: las de bajo grado (NIC I) (figuras 3-10 y 3-11) y las de alto grado que incluye el NIC II, NIC III (figuras 3-12, 3-13 y 3-14) y carcinoma in situ (figuras 3-15 y 3-16), lesiones que son diferentes desde el punto de vista biológico y clínico, incluso se señala que corresponden a dos enfermedades diferentes; tanto por su etiología como por su evolución e historia natural. Existe un apartado menor relacionado con la identificación de microorganismos, mismo que no reviste gran importancia ya que la función del estudio citológico de la mucosa cervical es, a todas luces, para descubrir lesiones precancerosas incipientes.

Figura 3-12. Lesión escamosa intraepitelial de alto grado.

Capítulo 3

■ La citología como una herramienta para el médico general

Figura 3-13. Lesión escamosa intraepitelial de alto grado.

Otra de las ventajas de esta clasificación es que califica la calidad del espécimen (figuras 3-7, 3-8 y 3-9), señala si el frotis es adecuado para efectuar diagnóstico o no lo es, por el tipo de células presentes en el espécimen y la presencia de elementos que llegan a oscurecer la evaluación morfológica, como eritrocitos, células inflamatorias, presencia de bacterias, etc., que impiden una visualización clara. La nomenclatura utilizada en el diagnóstico del material de otras áreas del organismo en general sigue la terminología histopatológica, sin embargo, hay algunas excepciones en el material originado en lesiones tiroideas y en lesiones de glándula mamaria. El envío de los especímenes al laboratorio, donde serán teñidos y evaluados, debe realizarse de manera cuidadosa a fin de que las laminillas no se estropeen. Es importante que la laminilla y el sobre tengan una identificación clara con el nombre completo de la paciente.

Figura 3-14. Imagen histopatológica de una lesión escamosa intraepitelial de alto grado.

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Figura 3-15. Lesión escamosa intraepitelial de alto grado, carcinoma in situ.

La muestra debe estar acompañada de una solicitud en la que se señalen los datos clínicos fundamentales, como edad, fecha de última menstruación, si ha habido tratamiento hormonal reciente —lo cual incluye medicamentos anovulatorios— y, sobre todo, antecedentes de algún procedimiento quirúrgico en el cuello uterino. Esos datos clínicos son importantes para efectuar una correcta evaluación, ya que este procedimiento es considerado como una consulta médica.

Muestras citológicas no ginecológicas Manejo de líquidos de diversos orígenes: líquidos de derrames pleural, ascítico y pericárdico Justo después de la obtención del derrame debe enviarse el espécimen al laboratorio en donde debe procesarse con

Figura 3-16. Imagen histopatológica de una lesión escamosa intraepitelial de alto grado, carcinoma in situ.

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Histología y biología celular

rapidez. Cuando por circunstancias especiales —como que la muestra haya sido obtenida por la noche— el líquido obtenido debe refrigerarse, es preciso evitar su congelación. Si el espécimen debe ser transportado a un sitio distante es recomendable añadirle etanol al 50%. Hay quienes acostumbran agregar un anticoagulante, el cual no interfiere con la coloración habitual, pero sí produce un fondo indeseable cuando se utilizan coloraciones derivadas de la tinción de Romanowsky. Además, debe señalarse que los especímenes fijados con alcohol limitan las posibilidades de ser utilizados para estudios de inmunohistoquímica y algunos otros estudios especiales. La evaluación del aspecto macroscópico es muy importante, ya que quizá sea un indicio de la naturaleza del derrame; como por ejemplo, los derrames hemorrágicos con frecuencia son neoplásicos. Más tarde se elaborarán varias laminillas, de acuerdo con el tipo de estudio que se planee, utilizando la centrifugación. A menudo estos especímenes contienen abundante sedimento, bajo estas condiciones debe elaborarse un bloque celular que será utilizado para efectuar estudios complementarios, como tinciones especiales o estudios de inmunohistoquímica, cuando así lo requiera la evaluación del espécimen. Con frecuencia, como parte del estudio de los pacientes se efectúan lavados de las serosas utilizando solución salina, estos especímenes deben prepararse de inmediato, tal cual ocurre con los otros especímenes con contenido líquido.

Orina Los especímenes de orina ideales corresponden a la orina matutina después de haber descartado la orina nocturna y es recomendable que el paciente efectúe algún tipo de ejercicio, en especial si hay sospecha clínica de tumor vesical, de esta forma se obtendrá una descamación importante, de las células de la lesión tumoral. Si la lesión se ubica en uréter, pelvis renal o riñón, es preferible obtener la muestra por cateterismo uretral. La preparación de este material sigue los mismos lineamientos que los líquidos ya descritos.

Líquido cefalorraquídeo Este espécimen por lo general es muy escaso, por lo que se utiliza una citocentrífuga para obtener una muestra que pueda ser evaluada. Cuando el espécimen es turbio y proviene de pacientes inmunodeprimidos, debe realizarse después de la centrifugación una evolución en fresco tiñendo el espécimen con una gota de tinta china negra, esto a fin de descartar una infección por hongos.

Material de aspiración con aguja fina Son especímenes que por lo general llegan ya preparados y fijados, sin embargo, cuando se evalúa in situ, el patólogo

que está asistiendo a esta actividad debe elaborar los frotis de acuerdo con los lineamientos ya señalados. Se ocupan las ¾ partes de la laminilla depositando las células en sentido longitudinal en monocapa. La fijación depende del tipo de tinción que corresponda. Por ejemplo, cuando se evalúa la calidad, es preciso utilizar el colorante de DiffQuik, tiñendo la laminilla que se ha secado al aire; cuando la tinción es Papanicolaou o hematoxilina y eosina, debe fijarse en alcohol. Es importante tener en cuenta que cuando estos especímenes son muy abundantes ha de fijarse parte de este material en formol a fin de obtener bloques celulares que serán de gran utilidad para algunos estudios especiales. Las características de la calidad del material de los diferentes órganos y tejidos varían de acuerdo con el tejido por evaluar. Así, por ejemplo, en el estudio de la patología tiroidea se requiere un mínimo de 8 a 10 fragmentos de tejido, con 10 o más células, en dos laminillas, y que las células estén en buen estado de conservación. Para obtener material óptimo a veces es necesario practicar varias punciones. En relación con el material obtenido en patología mamaria, en general no se señalan números absolutos de elementos celulares, sino que los criterios son cualitativos: que la celularidad del espécimen resuelva el problema diagnóstico, sin que se señale un número mínimo de células y que no existan artificios de distorsión celular. Es importante subrayar que en las lesiones quísticas, además de evaluar el contenido celular inicial, resulta necesario efectuar una nueva punción para obtener material del tejido residual que queda en la pared de la lesión quística. Deben tomarse en cuenta las características del órgano bajo estudio por medio de este procedimiento, por ejemplo, en la evaluación de la patología tiroidea y mamaria es factible realizar numerosas punciones, en cambio, en el pulmón la cantidad de intervenciones debe ser mínima —no más de tres procedimientos—, tomando en cuenta que puede haber patología de base como el enfisema.

Características morfológicas de los especímenes Las características de los diversos especímenes varían de acuerdo con el tejido y al procedimiento a través del cual se obtuvo la muestra, sin embargo, con las técnicas que se utilizan en la actualidad hay patrones que se presentan en prácticamente todos los especímenes de citopatología. Las muestras de líquidos quizá estén constituidas por células solitarias, sobre todo cuando no hay patología neoplásica y los especímenes obtenidos a través de raspados o utilizando la BAAF contienen tanto conglomerados como células aisladas. El material obtenido a través de la BAAF, sobre todo cuando se está explorando un tejido con cambios malig-

Capítulo 3

■ La citología como una herramienta para el médico general

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nos, en general es muy celular, se extraen fragmentos que son verdaderas microbiopsias, en las cuales la evaluación morfológica se lleva a cabo con criterios histopatológicos.

Otras sustancias extracelulares

Fondo

Coloide

Los especímenes citológicos suelen presentar un fondo que es importante examinar como un primer paso en el estudio de estas muestras, con esta evaluación se valida el grado de celularidad, así como algunos rasgos arquitecturales y, asimismo, la respuesta del tejido a la biología y agresividad de la lesión en estudio que imprime ciertas características en el fondo de los especímenes.

Los especímenes de tiroides, o material metacromático entremezclado con las células o estructuras globoides, en ocasiones constituyen los indicios que ayuden a identificar un tumor mixto de glándula salival o una lesión adenoidea quística, respectivamente.

Fondo limpio No debe existir alguna célula, lo cual incluye hematíes, células inflamatorias, restos de necrosis o productos extracelulares. Un ejemplo de este espécimen es el líquido cefalorraquídeo, libre de infecciones.

Fondo hemático Se presenta como consecuencia del mismo procedimiento, ya que con la aguja se atraviesan vasos sanguíneos, en este caso se trata de una “punción roja” pero también es frecuente en casos de neoplasias que son muy vascularizadas, como carcinoma renal, tumores neuroendocrinos, etc. Cuando se trata de especímenes citológicos del cuello uterino el fondo hemorrágico puede deberse a que la obtención de la muestra se llevó a cabo de manera enérgica o que el espécimen se obtuvo en forma errónea de una paciente en fase menstrual.

Fondo inflamatorio El estudio citológico se utiliza con frecuencia para esclarecer procesos infecciosos, aunque la inflamación también puede estar presente en tumores o en procesos no necesariamente infecciosos. Así, una punción por aspiración de tiroides que muestra células foliculares benignas, oncocitos y linfocitos puede corresponder a una tiroiditis de Hashimoto. Los linfocitos también constituyen un elemento normal en el carcinoma medular de mama o en el tumor de Warthin de la glándula salival.

A continuación se mencionan varios productos extracelulares que pueden ser identificados.

Amiloide Al igual que el coloide, es cianófilo con la tinción de Papanicolaou, debido a que no se pueden evaluar algunas características específicas de esta sustancia, se debe confirmar su naturaleza con tinciones de rojo Congo o tioflavina.

Mucina Es frecuente su presencia en tumores mucoproductores de diversos orígenes (mama, aparato digestivo, páncreas u ovario) y en ocasiones el espécimen es poco celular (seudomixoma peritoneal, carcinomas mucinosos puros o coloides); dicha hipocelularidad llega a dar lugar a un diagnóstico de falso negativo. La mucina muestra una tinción brillante y metacromática (magenta) con Diff-Quik. Otras sustancias, como las sialomucinas de origen mesenquimatoso, suelen tener un aspecto más fibrilar o granular, pero también se tiñen de forma metacromática, con Diff-Quik.

Fondo atigrado o rayado Se observa en tumores germinales como seminoma/germinoma, que contienen gran cantidad de glucógeno citoplásmico y también llega a observarse en otros tumores productores de glucógeno extracelular, como el sarcoma de Ewing, el rabdomiosarcoma y los tumores de células claras ricos en glucógeno.

Cuerpos linfogranulares Corresponden a fragmentos del citoplasma de los linfocitos y se identifican en el fondo de la preparación; pueden aparecer de manera indistinta en linfomas como preparaciones de tejido linfoide normal.

Fondo necrótico o diátesis tumoral

Agrupaciones celulares

En estas circunstancias el fondo del espécimen tiene un aspecto “granular” o “sucio”, con la presencia de restos nucleares, fragmentos de citoplasma, hematíes y fibrina. En este caso es importante una evaluación cuidadosa, ya que cuando este fondo se origina en una neoplasia es condición indispensable la presencia de células malignas para distinguir de forma definitiva la presencia del tumor. Sin embargo, se debe tener en cuenta que en algunos procesos infecciosos (como la tuberculosis) puede existir material caseoso, necrótico.

Como ya se mencionó, para lograr un buen diagnóstico a través de la evaluación de la BAAF, además de la excelente conservación de las células, de la correcta elaboración del frotis, es necesario que haya una buena muestra en cuanto a su celularidad, ya se han mencionado algunos criterios exigidos en la evaluación de la BAAF de tiroides, sin embargo, el criterio que prevalece es que haya una buena cantidad de elementos celulares aislados o en pequeñas microbiopsias que sean suficientes para efectuar un diagnóstico. En general no existe un consenso para definir cuál

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Histología y biología celular

es la cantidad adecuada para emitir un diagnóstico y eso se deja a consideración del citopatólogo que evalúe la muestra obtenida. Sin embargo, nunca debe realizarse un diagnóstico de “malignidad” cuando el material no contiene un número adecuado de células. En la evaluación de los especímenes citopatológicos se utilizan criterios de uso común en el estudio y análisis de biopsias o de especímenes mayores. La citopatología como parte de la anatomía patológica comparte criterios morfológicos, sobre todo cuando los fragmentos examinados son “microbiopsias”. Sin embargo, con frecuencia el material contenido en un frotis puede estar constituido por células aisladas, mismas que se analizan con criterios específicos y de gran fineza, con los cuales se llega a un diagnóstico certero. Se consideran ahora algunos de los criterios arquitecturales observados con frecuencia en este tipo de material.

Sábanas Conglomerados celulares cuyas células se disponen de forma bidimensional en una sola capa. En estos fragmentos se observan las uniones intercelulares y, al existir revestimientos con vellosidades, se forman espacios o ventanas intercelulares. Los núcleos están dispuestos de manera ordenada conservando un isodiametrismo completo. Algunos ejemplos de este tipo de agrupamiento se observan en material originado en conductos mamarios, o grupos celulares originados en las estructuras de revestimiento, como las células mesoteliales.

Panal Como su nombre lo indica, el agrupamiento es similar al panal de las abejas, los componentes celulares son monótonos, con núcleos centrales de aspecto ovoide rodeados por escaso citoplasma. Al mover el tornillo micrométrico se observa la arquitectura del panal de las abejas.

Ácinos Son grupos redondeados de células que contienen núcleos dispuestos de forma periférica, con frecuencia alrededor de una luz central. Son normales en los tejidos glandulares y se observan en material originado en glándulas salivales, páncreas y glándula mamaria. También se observan en adenocarcinoma.

Papilas Son estructuras tridimensionales alargadas, constituidas por células alrededor de un núcleo fibrovascular, que en ocasiones se visualiza con dificultad. Están presentes tanto en procesos benignos como en los malignos. Algunos ejemplos de esta arquitectura son: carcinoma papilar de tiroides, papilomas o carcinomas papilares de mama, neoplasias serosas o mucinosas ováricas, mesotelioma maligno, etcétera.

Desorganización arquitectural Es una morfología que evidencia el crecimiento rápido e indiscriminado de un proceso maligno. Se caracteriza por grupos tridimensionales con amontonamiento celular, con núcleos encimados, a veces se observa una distribución sincitial con límites citoplasmáticos mal definidos. Estos grupos tienen profundidad, de forma que es factible evaluar las distintas capas de células enfocando con el tornillo micrométrico. Además, es bien sabido que los tumores malignos —sobre todo los de alto grado— tienden a ser poco cohesivos, de forma que en las orillas de los fragmentos celulares aparecen células sueltas sobre el fondo de la preparación, las cuales pueden ser valoradas si conservan su integridad.

Ventanas intercelulares Son descritas como espacios pequeños, sobre todo entre las células mesoteliales y esta imagen se debe a las microvellosidades de las células mesoteliales, que no permiten que se adhiera una célula con otra.

Amoldamiento nuclear Consiste en el adosamiento del núcleo de una célula con otra y, puesto que tienen el citoplasma frágil, sólo es posible observar el núcleo de la célula. Es un rasgo muy frecuente en tumores neuroendocrinos en el colangiocarcinoma y por lo general denota un rápido crecimiento celular.

Imagen de una célula dentro de otra Esta imagen quizá sea el producto de “canibalismo” o de “fagocitosis” y se observa con frecuencia en los mesoteliomas y melanomas, aunque resulta inespecífica.

Cambios celulares en el estudio citológico Núcleos y nucleolos Los núcleos reflejan el nivel de actividad celular (p. ej., normal, reactivo, displásico, neoplásico, etc.), el citoplasma muestra la diferenciación histológica y funcional de las células (escamosas, glandulares, secretoras, fagocíticas, neurales, etc.). Las células normales son uniformes desde el punto de vista morfológico con características bien conocidas, con núcleos de contornos redondeados y lisos, las células transformadas (displásicas o neoplásicas) adquieren rasgos anormales, “atípicos”, como irregularidad nuclear, variabilidad en el tamaño o la forma, con aumento del tamaño nuclear en relación con la cantidad del citoplasma, lo que constituye un criterio útil para reconocer un crecimiento anormal de la célula. El núcleo es esencial para la valoración citológica, ya que no sólo refleja la capacidad de dirigir la biosíntesis de

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■ La citología como una herramienta para el médico general

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la célula, sino que ahí radican la morfolología de la célula normal, así como los cambios consecutivos a la transformación neoplásica. En condiciones normales su forma es regular y esférica. La membrana nuclear fina y delicada se deforma durante la transformación displásica o neoplásica debido a las irregularidades y cambios en el número y características de los cromosomas. Las irregularidades de la membrana nuclear junto con los cambios de la cromatina son considerados como indicadores confiables de la transformación displasia/neoplasia. La cromatina en condiciones normales aparece de forma homogénea dispersa por todo el núcleo, al que da un aspecto granular fino o grueso. Las células anormales muestran cromatina en grumos y son oscuras, lo cual constituye una característica de las células de la displasia o de tumores malignos. La hipercromasia nuclear se debe al aumento del número de cromosomas, ya sea por poliploidia o con aneuploidia. El aumento de las proteínas ácidas distintas de las histonas es el causante del incremento de los depósitos de colorantes básicos, lo que le confiere a la célula transformada su característico color oscuro irregular. La homogeneización de la cromatina es un cambio nuclear que en la actualidad es bien conocido y que es consecutivo a una infección viral productiva, por el desarrollo de episomas circulares virales, lo que le confiere un aspecto en “vidrio esmerilado”; estas células infectadas son senescentes y se destruyen con rapidez. En condiciones normales la muerte celular se manifiesta con cambios en la cromatina, la cual se compacta hasta tal punto que da lugar a núcleo en “tinta china” como sucede con las células escamosas superficiales de las mucosas, sobre todo de vagina y cuello uterino. Por último, hay disolución del núcleo picnótico, lo que constituye la cariorrexis. En los núcleos es factible que aparezcan vacuolas o espacios vacíos consecutivos a procesos inflamatorios o por efecto de la radioterapia. En algunas infecciones virales llegan a observarse cuerpos de inclusión que corresponden a conglomerados de los virus que están infestando el núcleo celular. Existen algunos cambios debidos a plegamiento de la membrana citoplásmica en el núcleo, lo que llega a originar seudoinclusiones que se presentan en algunos tipos de neoplasias, como carcinoma papilar de tiroides, melanoma y hepatocarcinoma. Los nucleolos constituidos por proteínas, DNA y ácido ribonucleico (RNA) ribosómico, al ser el centro organizativo de la célula, aparecen marcadamente en procesos de síntesis, como en cambios de reparación o regeneración. Su alto contenido en proteínas les confiere una coloración rojiza.

ma de las células escamosas que cumplen una función protectora, las funciones de secreción de células serosas o mucinosas de las glándulas salivales, etcétera. Las células pueden sufrir modificaciones según diversos factores relacionados con su función o en algunos casos como consecuencia de estímulos hormonales como en el endocérvix; este cambio constituye el cambio de metaplasia, que es una respuesta adaptativa por la sustitución de un tipo de célula madura por otra, como en la zona de transformación del cervicouterino en el esófago de Barrett. Un parámetro importante en la evaluación citológica para identificar a las células malignas consiste en realizar una comparación entre el tamaño del núcleo y la cantidad del citoplasma, lo que se conoce como relación núcleo/ citoplasma. Cuando esta relación desaparece por aumento del tamaño nuclear se sospecha de una transformación maligna de la célula.

Citoplasma

En histología se denomina metaplasia al cambio de un epitelio maduro por otro igualmente maduro (figuras 3-7, 3-8, 3-17 y 3-18). La metaplasia puede explicarse en algunos casos como un proceso adaptativo ante condiciones

El citoplasma identifica el origen de la célula y muestra cambios relacionados con su función, tal como el citoplas-

Conceptos básicos en citopatología ¿Qué es un epitelio? Es el tejido formado por una o varias capas de células yuxtapuestas que recubren todas las superficies libres del organismo, y constituyen el recubrimiento interno de las cavidades, órganos huecos, conductos del cuerpo, la piel y que también forman las mucosas y las glándulas. Este epitelio puede sufrir múltiples cambios por diferentes agentes, desde cambios de maduración hasta neoplásicos e incluso la muerte celular normal y anormal.

Clasificación general de los epitelios En función del número de capas celulares que forman los distintos tipos de epitelios que existen en el organismo, éstos se subdividen: 1. Según la función del epitelio. a) Epitelio de revestimiento o pavimentoso. b) Epitelio glandular. c) Epitelio absorbente. 2. Según la forma de las células epiteliales. a) Epitelios planos o escamosos. b) Epitelios cúbicos. 3. Epitelios prismáticos o cilíndricos. 4. Según el número de capas de células que lo formen. a) Epitelio simple. b) Epitelio estratificado.

Metaplasia

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Histología y biología celular

Metaplasia

En teoría, la metaplasia es reversible si cambian las condiciones que la producen. La más frecuente es la metaplasia escamosa, que se refiere al reemplazo del epitelio cilíndrico endocervical por epitelio escamoso, estratificado, maduro o inmaduro. Las fases de la metaplasia escamosa son: 1. 2. 3. 4.

Figura 3-17. Células de metaplasia escamosa.

ambientales irritativas; sin embargo, en ciertos tipos de metaplasia, no está claro que se trate de un proceso de este tipo. Existen diferentes tipos de metaplasias, entre otros: • • • • •

Pavimentosa del cuello uterino. Intestinal de la mucosa gástrica. Gástrica en la mucosa del esófago. Glandular en epitelio de la vejiga. Ósea en cartílagos de la laringe. Las causas generales son:

a) b) c) d)

Irritación. Sustancias químicas. Estrógenos. Déficit de vitamina A.

Epitelio cilíndrico normal. Hiperplasia de células subcilíndricas. Metaplasia escamosa inmadura. Metaplasia escamosa madura.

Se sabe que el medio vaginal es ligeramente ácido en los años fecundos y durante el embarazo; se cree que la acidez está implicada en la metaplasia escamosa. Cuando la acidez vaginal destruye de forma reiterada las células del epitelio cilíndrico en una zona del ectropión (véase definición más adelante), con el tiempo las células son reemplazadas por un epitelio metaplásico neoformado. La irritación del epitelio cilíndrico expuesto debida al medio vaginal ácido, produce la aparición de las células de reserva subyacentes, las cuales proliferan, y se presenta hiperplasia que finalmente se constituye en un epitelio escamoso metaplásico. En resumen, cabe decir que la metaplasia escamosa del cuello uterino es el cambio de las células del endocérvix (que son cilíndricas), en células escamosas como las del exocérvix. Dichos cambios se presentan en la vida de la mujer, y no ocurre nada siempre que se convierta en tejido maduro. Si queda inmaduro, se considera una atipia y podría llegar a convertirse en displasia, sin embargo, esto no es muy frecuente, pues sólo ocurre en un pequeño porcentaje. El cuello uterino está recubierto por el epitelio escamoso estratificado y por el epitelio cilíndrico o glandular.

Displasia Es una alteración del desarrollo de las células epiteliales, acompañada de cambios en el proceso de la maduración de la célula. Es algo que puede ocurrir en todos los epitelios, pero en este capítulo se presenta la definición de displasia del cuello cervical, a saber, “la emergencia anormal de células en el cuello del útero, consecutiva a la acción disreguladora de géneros virales de HPV” (Robbins, Cotran). Cuando esta lesión se deja evolucionar puede agravarse; es una lesión premaligna o precancerosa de células del cuello uterino. En el contexto de los nuevos conocimientos se le ha llamado neoplasia cervical intraepitelial (NIC) y utilizando la nomenclatura del sistema Bethesda se denomina lesión escamosa intraepitelial, dividida en dos apartados, de bajo (figuras 3-10 y 3-11) y de alto grados (figuras 3-12 a 3-16).

Cáncer Figura 3-18. Imagen histopatológica de metaplasia escamosa endocervical.

Es una enfermedad en la que hay células anormales que se multiplican sin control y pueden invadir los tejidos cerca-

Capítulo 3

■ La citología como una herramienta para el médico general

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de células sanguíneas anormales que entran en el torrente sanguíneo. • El linfoma y el mieloma múltiple son neoplasias que empiezan en las células del sistema inmunitario. • Las neoplasias del sistema nervioso central empiezan en los tejidos del cerebro y la médula espinal.

Muerte celular Existen dos mecanismos principales de muerte celular: apoptosis y necrosis.

Apoptosis

Figura 3-19. Citología cérvico-vaginal de carcinoma invasor, se observan las células con queratinización atípica (citoplasma de color naranja) y núcleos en tinta china (negros y pequeños).

nos. Las células de cáncer también llegan a diseminarse hasta otras partes del cuerpo a través del torrente sanguíneo y el sistema linfático. • El carcinoma es la neoplasia maligna de todos los epitelios (figuras 3-19 y 3-20). • El sarcoma es la neoplasia maligna que se origina en el tejido mesenquimatoso o de sostén, como huesos, cartílago, tejido adiposo, músculos, vasos sanguíneos, tejido conjuntivo, etcétera. • Leucemia es la neoplasia que se inicia en un tejido donde se forman las células sanguíneas, como la médula ósea, y hace que se produzca un gran número

Se define como muerte celular “programada”. La apoptosis es un evento celular natural, el cual también puede ser inducido por condiciones patológicas. Como ejemplo de funciones fisiológicas normales de la apoptosis cabe mencionar la regresión del útero después del parto, la inmunoeliminación de células y la muerte de células nerviosas en el desarrollo si no se establecen contactos axonales. La apoptosis está implicada en enfermedades y lesiones inducidas químicamente. Se diferencia de la necrosis por sus características morfológicas. La apoptosis es un evento controlado. Las células se vuelven más condensadas consistente con el hecho de que el agua está siendo removida de la célula (no es un proceso pasivo). Durante todo el proceso la membrana celular y los organelos permanecen intactos. El contenido celular nunca se derrama hacia el área que la rodea, lo cual hace que no se produzca reacción inflamatoria.

Necrosis En la necrosis el resultado final es la rotura de la membrana celular y el derrame del contenido celular en el espacio intersticial (figura 3-21). Esto trae como consecuencia una respuesta inflamatoria en el área que va en detrimento de las células que la rodean (cuadro 3-1).

LM

Figura 3-20. Imagen histopatológica de un carcinoma invasor, donde se rompe la lámina basal (LM) del epitelio exocervical.

Figura 3-21. Grupos celulares con necrosis y el fondo con detritus (restos celulares).

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Histología y biología celular

Cuadro 3-1 Cuadro comparativo de las diferencias morfológicas entre necrosis y apoptosis Necrosis

Apoptosis

Célula completa

Inflamación

Condensación

Núcleo

Picnosis

Creciente

Cariólisis Cariorrexis Organelos

Degeneración

Intactos

Degeneración celular

Rotura

Cuerpos apoptóticos

Inmunorrespuesta

Inflamación aguda

Ninguna

Infección El resultado de la invasión de microorganismos en el cuerpo, incluyendo bacterias, virus u hongos, puede producir además de los cambios fisiopatológicos que el organismo desarrolla para defenderse de esta agresión, cambios morfológicos importantes.

Técnicas especiales en citología El material citológico y las técnicas actuales Además de la gran utilidad que ha prestado el estudio citológico en el esclarecimiento del diagnóstico de las diversas entidades patológicas, la modernidad con su cúmulo de avances ha encontrado un campo fértil al utilizar el material que se obtiene por medio de la BAAF para implementar estudios auxiliares, como las inmunorreacciones. Específicamente con la modernización de los tratamientos del cáncer de la glándula mamaria, en los cuales es indispensable identificar la positividad de marcadores tales como receptores estrogénicos y de progesterona, así como la identificación de moléculas como el HER2 para que las pacientes sean beneficiadas con tratamientos especializados promisorios.

Inmunohistoquímica en citología La inmunohistoquímica se ha convertido en una técnica casi imprescindible en el diagnóstico histopatológico de muchas neoplasias y otras lesiones. La posibilidad de teñir y poner de manifiesto proteínas celulares, y más recientemente algunos genes y sus productos, en secciones tisulares representa un gran avance en nuestras capacidades diagnósticas.

La importancia de la inmunohistoquímica en citología está bien reconocida. En general, la citología ofrece menos claves diagnósticas que la biopsia, la arquitectura de las lesiones es menos evidente, y hay mayores problemas debido a que las muestras pueden ser inadecuadas o insuficientes, lo que hace que algunos criterios diagnósticos de determinadas lesiones estén ausentes. Sin embargo, en un material de buena calidad la aplicación de esta tecnología es una ayuda diagnóstica cotidiana, estos procedimientos se deben aplicar en: • Esclarecimiento en el diagnóstico y tipificación de los tumores poco diferenciados. • Identificación del tumor primario en algunas lesiones metastásicas (mama, tiroides, próstata, melanomas, etc.). • En el diagnóstico diferencial de adenocarcinoma en contraste con mesoteliomas. Sin embargo, hoy en día la inmunohistoquímica no se aplica en la rutina diagnóstica de la citopatología. En general, no existen métodos estándar, quizá porque la heterogeneidad de la conservación celular ofrece resultados dispares. Al igual que ocurre con la inmunohistoquímica sobre secciones tisulares, algunos factores determinantes para el éxito de la técnica son el material sobre el que se aplica, el tipo y características de fijación, los procesos de digestión enzimática, el método empleado en la tinción inmuhistoquímica, los procedimientos de bloque de enzimas endógenas, así como los tipos de anticuerpos y diluciones de los mismos utilizados. Todo esto también es cierto en cuanto a la citología, con el añadido de que en ocasiones el mismo anticuerpo aplicado a un tejido y a una extensión citológica quizá exija condiciones de trabajo diferentes. La variabilidad en los resultados se ha atribuido a diversos factores: 1. El número limitado de preparaciones citológicas en comparación con la cantidad de cortes que pueden obtenerse de un bloque de parafina. Por ello la elección de los anticuerpos debe ser cuidadosa. 2. La heterogeneidad en la cantidad y calidad del material citológico en los diferentes extendidos, incluso en los provenientes de una misma muestra (p. ej., BAAF). La inevitable superposición excesiva y agrupamientos celulares así como la presencia de fondos intensamente hemorrágicos y necróticos, como también de material proteináceo con el fondo de las extensiones, puede impedir la correcta difusión del anticuerpo. 3. Problemas técnicos que se derivan y varían con la experiencia de cada laboratorio. Si con el material del espécimen citológico es posible elaborar bloques celulares, estos últimos son de extraordinaria ayuda para utilizar diversos cortes para las reacciones de inmunohistoquímica. En el caso de tener que realizar un estudio de inmunohistoquímica en frotis celu-

Capítulo 3

■ La citología como una herramienta para el médico general

43

Figura 3-22. Técnica de inmunohistoquímica en una BAAF de mama, conducto con marcador Herb-2/Neu: positivo (marcador de membrana celular).

Figura 3-24. Técnica de inmunohistoquímica en una BAAF de mama con células malignas positivas para receptores de progesterona (marcador nuclear).

lares ya teñidos, los fijados en alcohol ofrecen mejores resultados. Los mejores resultados —a excepción del bloque celular— se obtienen en muestras teñidas previamente con tinción de Papanicolaou (figuras 3-22, 3-23 y 3-24).

leza química de los componentes tisulares y celulares, a través de reacciones químicas y bioquímicas con el fin de localizar y determinar ciertas sustancias o su actividad. Las tinciones más utilizadas en citología son:

Técnicas de histoquímica La histoquímica es la aplicación de reacciones químicas y bioquímicas en la técnica histológica, con el fin de localizar y determinar de manera científica ciertas sustancias o su actividad. Las técnicas histoquímicas comprenden el conjunto de métodos empleados para la demostración de la natura-

Figura 3-23. Técnica de inmunohistoquímica en una BAAF de mama con células malignas positivas para receptores de estrógenos (marcador nuclear).

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

PAS con y sin diastasa: mucopolisacáridos. Tricrómico de Masson: colágeno. Plata metenamina: hongos. Reticulina: retículo. Rojo Congo: amiloide. Giemsa: parásitos. Ziehl-Neelsen: bacilos alcohol ácido-resistentes. Gram: bacterias grampositivas y gramnegativas. Mucicarmín: mucinas ácidas. Grocott: microorganismos micóticos (figuras 3-25, 3-26, 3-27, 3-28 y 3-29).

Figura 3-25. Técnica de histoquímica con tinción de mucicarmín, se observa el fondo del espécimen de un carcinoma mucinoso.

44

Histología y biología celular

Figura 3-26. Técnica de histoquímica con tinción de PAS para criptococo en líquido cefalorraquídeo.

Técnicas moleculares Reacción en cadena de la polimerasa (PCR) La técnica se basa en la replicación del DNA en los organismos eucariotas realizada por la DNA polimerasa. Estas enzimas realizan la síntesis de una cadena complementaria de DNA en el sentido 5´ → 3´ usando un molde de cadena sencilla, pero a partir de una región de doble cadena. Para crear esta región de doble cadena se usan los denominados iniciadores (polimerasa). Son una pareja de oligonucleótidos sintetizados de manera que sean complementarios a cada uno de los extremos 3´ del fragmento de DNA que se desea amplificar. A partir de este principio, la PCR se basa en la repetición de un ciclo formado por tres etapas:

Figura 3-27. Técnica de histoquímica con tinción de PAS para seudohifas de Aspergillus.

Figura 3-28. Técnica de histoquímica con tinción de Grocott para seudohifas de Aspergillus.

1. Desnaturalización del DNA de doble cadena. 2. Hibridación de los iniciadores a la zona 3´ específica de cada una de las hebras. 3. Extensión del cebador por actuación de la DNA polimerasa. Esta técnica es útil en el diagnóstico de: • Linfomas. • Sarcomas. • Detección de células tumorales circulantes y de enfermedad mínima residual.

Hibridación in situ por fluorescencia Es la hibridación de fragmentos marcados de DNA de una hebra o de RNA con secuencias complementarias (son-

Figura 3-29. Técnica de histoquímica con tinción de PAS para criptococo.

Capítulo 3

■ La citología como una herramienta para el médico general

das) a DNA/RNA celular, que en condiciones apropiadas forman híbridos estables. En general, la hibridación puede hacerse sobre soportes sólidos (filtros de nylon o nitrocelulosa), en solución (in vitro) o en cortes de tejido o preparaciones celulares (in situ). Es factible utilizar sondas marcadas con elementos radiactivos, pero como se necesita protección y manipulación especiales, no son de elección para su uso rutinario. Las técnicas no isotópicas o colorimétricas son más rápidas y permiten una localización más precisa de la reacción. Las sondas marcadas sin elementos radiactivos son más estables y más baratas. La sensibilidad es igual o ligeramente inferior a la de los métodos isotópicos. Se han utilizado sondas marcadas con biotina y digoxigenina. La sensibilidad de la técnica depende de: 1. El efecto de la preparación del tejido sobre la retención y accesibilidad de DNA celular blanco o AR. 2. Tipos de sondas, eficiencia de la marcación de la sonda y sensibilidad del método utilizado para la detección de la señal. 3. Efecto de las condiciones de hibridación in situ sobre la eficiencia de la hibridación. La hibridación in situ se utiliza de manera primordial en la detección de bajo número de copias de virus, en particular virus como agentes infecciosos (citomegalovirus [CMV]) y como agentes carcinógenos (HPV, virus hepatitis B [HBV], virus Epstein-Barr [EBV]). En la técnica de PCR-in situ se realiza primero una amplificación de DNA blanco y después una detección mediante hibridación in situ convencional con sondas DNA/RNA. De esta manera pueden detectarse cantidades pequeñísimas de genoma viral.

Resumen Al término de este capítulo es preciso reiterar que a fin de lograr que el procedimiento diagnóstico de la citopatología cumpla sus metas, deben efectuarse diagnósticos certeros, como también debe existir calidad en cada uno de los pasos del proceso. Lograr este cometido estará en las manos de todas las personas que participen en el mismo.

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Histología y biología celular

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Capítulo

4

La célula: su estructura y función Vianey Rodríguez Lara • Luis F. Montaño Estrada Teresa I. Fortoul van der Goes

Introducción

células y que el embrión de una planta proviene de una sola célula. Un año más tarde, su colega, el zoólogo alemán Theodor Schwann, observó que las células de las plantas y los animales poseen una estructura similar, con lo cual se formuló la “teoría celular” y sus postulados: 1) todos los seres vivos están conformados por una o más células; 2) las células son la unidad estructural de los seres vivos. En 1855 el fisiólogo alemán Rudolf Virchow, agregó un postulado más a la teoría: 3) las células se originan por la división de una preexistente. Desde el origen de la teoría celular hasta nuestros días se ha generado una gran cantidad de información acerca de las células, su estructura y funcionamiento, lo cual ha sido impulsado a la par del desarrollo de nuevas técnicas de microscopía y de biología molecular que nos permiten explorar nuevos horizontes dentro de la Biología celular.

Acontecimientos importantes. Teoría celular Todos los seres vivos están constituidos por miles de células de diversos tipos, que en organismos multicelulares como los seres humanos, conforman sus tejidos, órganos y sistemas. Debido a su tamaño tan pequeño, las células sólo pueden verse mediante un microscopio. Las primeras observaciones que llevaron a escribir la historia del descubrimiento de las células se ubican en 1665 con Robert Hooke, un microscopista inglés, quien utilizó por primera vez el término de “célula” del latín “cellulae” (cuyo significado es “habitaciones pequeñas”), al describir la apariencia del corcho bajo el microscopio. Ahora se sabe que los espacios que Hooke observó correspondían a las paredes celulares vacías del tejido vegetal muerto. Mientras tanto, el holandés Anton van Leeuwenhoek, un vendedor de botones y ropa que en su tiempo libre construía lentes de gran calidad, fue el primero en observar células vivas, al colocar una gota de agua estancada bajo el microscopio, los seres unicelulares que observó los llamó “animalículos”. También observó diferentes tipos de bacterias presentes en el agua resultante de remojar pimienta en el material raspado de sus dientes. Durante 50 años Leeuwenhoek mandó cartas a la Royal Society of London, la primera y más importante sociedad científica de Londres, para anunciar sus hallazgos, sin embargo, debido a las descripciones de sus observaciones y de sus hábitos, las cartas se tomaron con tal escepticismo que enviaron a Hooke para confirmar dichos descubrimientos. Leeuwenhoek se convirtió entonces en una celebridad cuando Hooke confirmó los hallazgos del holandés a la Royal Society of London. En 1838, el botánico alemán Mattias Schleiden, realizó algunas observaciones en las cuales concluyó que los tejidos vegetales estaban formados por

Estructura y organización de las células La célula es la unidad estructural y funcional básica de todos los organismos. Tiene la capacidad de obtener y utilizar energía, comunicarse con otras células, reaccionar ante estímulos, crecer, reproducirse, morir y autorregularse. Lleva a cabo funciones específicas que se identifican con componentes estructurales y dominios determinados en ella. Las células que son similares entre sí o que se relacionan de modo funcional o estructural se agrupan para formar tejidos. A fin de estudiar a la célula, la célula puede dividirse en dos compartimientos principales: el citoplasma y el núcleo. Ambos tienen funciones distintas, pero actúan en conjunto para mantener la viabilidad celular. El núcleo contiene la mayor parte del material genético así como las enzimas para su duplicación y transcripción. Por otro lado, el citoplasma contiene a los organelos y las inclusiones inmersos en un gel llamado matriz citoplásmica, la cual es rica en iones como el Na+, K+, Ca+ y moléculas orgánicas como metabolitos, carbohidratos, lípidos, pro47

48

Histología y biología celular

teínas y ácido ribonucleico (RNA). La concentración de estos elementos es controlada por las células con base en sus actividades metabólicas. Los organelos celulares se pueden clasificar, con fines didácticos, en: a) membranosos (con membranas que separan el medio interno del organelo del citoplasma circundante) y b) no membranosos (que no están rodeados por membrana). Los membranosos incluyen a la membrana plasmática, los retículos endoplásmicos rugoso y liso, el aparato de Golgi, los endosomas, los lisosomas, las vesículas de transporte, las mitocondrias y los peroxisomas. Los no membranosos son el nucleolo, el citoesqueleto, los centriolos, los ribosomas, los polirribosomas y los proteosomas (figura 4-1).

Organelos. Estructura y función Organelos membranosos Membrana plasmática La membrana plasmática o plasmalema es una estructura muy dinámica que delimita a las células del medio que las rodea. Su espesor es tan pequeño (8 a 10 nm), que no puede ser apreciada mediante microscopía fotónica, de manera que por esta vía sólo se aprecia el límite de las células pero no a la membrana plasmática. Sin embargo, la microscopía electrónica de transmisión permite percatarse de la estructura del plasmalema. El tetróxido de osmio que se emplea durante el procesamiento de los tejidos

Lisosoma Mitocondria Peroxisoma Vacuola

REL RER

Núcleo Complejo de Golgi

Figura 4-1. Estrucura de la célula eucarionte. El esquema muestra los componentes y la estructura de las células animales.

para observarlos mediante un microscopio electrónico de transmisión, reacciona con los fosfolípidos de las membranas celulares, por lo que es posible distinguirlas como una estructura electrondensa que delimita a la célula y a los organelos membranosos. El desarrollo de la microscopía electrónica de transmisión permitió que Robertson, en el decenio de 1950-1959, descubriera que la membrana se forma por dos láminas electrondensas separadas por una electronlúcida a lo que llamó unidad de membrana. Robertson observó que todas las membranas ya sea plasmáticas o de los organelos de células animales y vegetales, presentaban la misma ultraestructura, con estas observaciones se inició un gran debate sobre la estructura y la función de las membranas. Como ya se mencionó, la membrana plasmática es una estructura dinámica y cumple con una gran variedad de funciones vitales para las células, por ejemplo: a) Es una estructura que demilita, contiene y protege a las células. b) Las membranas en general, forman compartimientos dentro de la célula para delimitar y organizar funciones a lo que se llama compartamentalización. c) Es una barrera con permeabilidad selectiva, ya que evita el intercambio inespecífico de iones entre la célula y su entorno. Favorece un equilibrio iónico que permite a la célula vivir y realizar diversas funciones. Determina la composición diferencial entre el citosol y el medio extracelular. d) A través de ella se lleva a cabo el transporte de solutos, ya que tienen toda la maquinaria proteica en forma de bombas, canales, poros y vesículas, para permitir el paso de sustancias al interior y al exterior de la célula. e) Es un medio de comunicación, ya que la membrana plasmática posee receptores que al reconocer ligandos específicos desencadena la activación de cascadas de señalización que le permiten a las células responder ante un estímulo. f) Permite la interacción celular mediante las uniones célula-célula que mantiene a través de proteínas como ocludinas, conexinas y cadherinas entre otras. g) Permite la localización de ciertas proteínas importantes en sitios específicos, ya que mediante la formación de balsas lipídicas localiza receptores en el dominio apical de las células, de proteínas de unión en el dominio lateral y bombas y canales en el basal y apical.

Composición y estructura Todas las membranas biológicas están constituidas por proteínas y lípidos. Los lípidos se encuentran formando una bicapa lipídica que determina la estructura básica de las membranas y las proteínas que se encuentran insertas (embebidas) en la bicapa, son las responsables de la mayoría de las funciones de las membranas, actuando como receptores específicos, enzimas, proteínas de transporte,

Capítulo 4

entre otras. Esta interpretación de la estructura y composición de las membranas sigue el modelo del mosaico fluido modificado (figura 4-2). El componente lipídico de las membranas consiste en fosfolípidos, colesterol y glucolípidos, todos son moléculas anfipáticas, lo cual quiere decir que una parte de su estructura es hidrofóbica y otra hidrof ílica (por su estructura pueden tener contacto con el agua o no). Los fosfolípidos son los componentes lipídicos más abundantes y están formados por dos colas de ácidos grasos unidos a una cabeza de glicerol y un grupo fosfato. Se han descrito cuatro tipos de fosfolípidos según el grupo nitrogenado que posean, colina, serina, etanolamina, esfingomielina e inositol, en estos casos los fosfolípidos que se forman son fosfatidilserina, fosfatidilcolina, etc. Debido a la característica anfipática de los fosfolípidos, en un medio líquido como el extracelular se arreglan en una bicapa lipídica, con las colas de ácidos grasos encontradas al interior de la bicapa y el glicerol y el grupo fosfato que forman la parte hidrofílica al exterior de la bicapa. Las moléculas de colesterol se insertan entre los fosfolípidos y le confiere cierta dureza y estructura a las membranas celulares, además son muy importantes en la formación de las balsas lipídicas. Por otro lado, algunos lípidos se asocian con carbohidratos formando los glucolípidos. La composición lipídica de las monocapas interna y externa son diferentes, reflejando las diferentes funciones de las dos caras de la membrana celular. Por otra parte, en la mayoría de las membranas celulares el componente proteico constituye cerca de 50% de la masa total de las membranas. Sin embargo, estos porcen-

Glucolípido

■ La célula: su estructura y función

49

tajes pueden variar dependiendo de la función de la membrana. Por ejemplo, en las vainas de mielina, sólo 25% de la masa total corresponde a proteínas, por el contrario, las membranas de las mitocondrias presentan hasta el 75% de proteínas de su masa total. Las proteínas se pueden asociar con la bicapa lipídica de diferentes formas: a) proteínas transmembranales de paso único o de paso múltiple, son proteínas que atraviesan la membrana plasmática una vez, a las que se les llama de paso único (p. ej., algunas bombas y canales), o que su estructura atraviesa varias veces la membrana, a éstas se les llama multipaso (p. ej., algunos receptores) o b) proteínas periféricas, que son las que se encuentran asociadas con una capa de la bicapa lipídica. Muchas proteínas de membrana están glucosiladas, sin embargo, las cadenas de oligosacáridos siempre se hallan en el lado no citosólico de las membranas, formando al glucocáliz el cual desempeña una función importante en el reconocimiento y comunicación celular (figura 4-2). Debido a que hay diferencia en la composición lipídica y proteica en la monocapa interna y externa de la bicapa lipídica, la membrana plasmática es asimétrica.

Transporte a través de la membrana plasmática La mayor parte de las funciones de la membrana plasmática se llevan a cabo por medio de las proteínas. El transporte de sustancias a través de la membrana es un ejemplo de ello. En este sentido, existen dos procesos mediante los cuales las sustancias atraviesan la membrana plasmática: a) la difusión simple es un proceso que no requiere energía, por ello también se le llama transporte pasivo, debido a las características fisicoquímicas de las sustancias,

Región hidrofílica

Glucoproteínas

Región hidrofóbica

Proteínas periféricas

Proteínas integrales

Colesterol

Fosfolípido

Figura 4-2. Esquema de la membrana plasmática. Se representa el modelo del mosaico fluido de Singer y Nicolson. La membrana plasmática se compone por una bicapa lipídica formada principalmente por fosfolípidos, colesterol, proteínas integrales y periféricas, además de la asociación de carbohidratos a lípidos y proteínas (glucolípidos y glucoproteínas) que en conjunto forman el glucocáliz.

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Histología y biología celular

éstas pueden atravesar la membrana sin necesitar una proteína transportadora. Ejemplos de sustancias o moléculas que atraviesan la membrana por difusión simple son las moléculas pequeñas, sin carga y liposolubles como el benceno, el O2 y las hormonas esteroides; b) transporte mediado por proteínas de membrana, en este caso, hay dos tipos de proteínas que lo llevan a cabo: proteínas transportadoras o bombas que transfieren moléculas pequeñas e hidrosolubles, son proteínas muy selectivas que pueden dejar pasar iones en un sentido o en ambos, al reconocer a la molécula a cargo sufren un cambio de conformación para liberarla del otro lado de la membrana. Algunas proteínas transportadoras como la bomba Na+/ K+ necesitan energía para impulsar el transporte activo, ya que los iones que transportan van en contra de su gradiente electroquímico y de concentración. Las proteínas canal son el segundo tipo de proteínas que participan en el transporte a través de la membrana, también transportan moléculas pequeñas e hidrosolubles pero siempre a favor de un gradiente electroquímico y de concentración, por ello no requieren energía para el transporte. Las proteínas canal forman un poro o un canal hidrofílico a través de la membrana por el cual pasan iones, estos canales son selectivos y hay varios tipos: canales iónicos activados por voltaje, canales iónicos activados por ligando, canales iónicos de compuerta mecánica.

A

B

Transporte vesicular Otro tipo de transporte que se lleva a cabo a través de la membrana es el transporte vesicular, moléculas más grandes o incluso fragmentos celulares o células completas pueden entrar a las células mediante endocitosis y sus variantes: pinocitosis y fagocitosis. Asimismo, pueden salir de la célula metabolitos, desechos o algunos receptores para integrarse a la membrana por un proceso denominado exocitosis. Estos mecanismos involucran la deformación de la membrana mediante el rearreglo del citoesqueleto, la formación de una vesícula, y la internalización del material, en el caso de la endocitosis, o la fusión de las vesículas que vienen de Golgi y de endosomas con la membrana plasmática y la salida de material en la exocitosis.

Núcleo celular Es el organelo más grande de las células eucariontes, puede observarse con facilidad mediante un microscopio óptico en una célula en interfase. Por lo general es esférico y de localización central, sin embargo, su forma, localización, número y contenido de material genético depende del tipo celular. Por ejemplo, en cuanto a su forma se observa el núcleo ahusado en las células musculares, bilobulado en los eosinófilos, multilobulado en los neutrófilos (figura 4-3). En cuanto al número: binucleados en el caso

C

D

Figura 4-3. Formas nucleares. El núcleo celular puede adoptar diferentes formas en cada tipo celular, en los linfocitos es redondo y prominente (A), en los neutrófilos (B) multilobulado, en los eosinófilos el núcleo es bilobulado o con forma de alforja (C) y en los fibroblastos ahusado (D).

Capítulo 4

Figura 4-4. Diversidad en número de núcleos. Existe variedad en cuanto al número de núcleos que puede presentar una célula, por ejemplo, los eritrocitos son células anucleadas (A), las neuronas presentan un solo núcleo (B), es frecuente encontrar hepatocitos binucleados (C), pero las células gigantes o de reacción a cuerpo extraño presentan un gran número de núcleos, ya que se forman por la fusión de varios macrófagos (D).

■ La célula: su estructura y función

A

C

B

D

de algunos hepatocitos, o sin núcleo en el caso de los eritrocitos (figura 4-4). El núcleo almacena la mayor parte del material genético (otra parte se encuentra en las mitocondrias), es el sitio donde se duplica (formación de ácido desoxirribonucleico [DNA] a partir de DNA) y se transcribe (formación de RNA a partir de un molde de DNA), por tanto, además del DNA también contiene toda la maquinaria proteica necesaria para estos procesos. En general, el núcleo de una célula que no se está dividiendo recibe el nombre de interfásica, está formado por cuatro componentes principales: a) la envoltura nuclear; b) la cromatina, que es la forma en la que se encuentra el DNA de la célula en interfase; c) el nucleoplasma, donde se encuentran dispersos gránulos de intercromatina, pericromatina, ribonucleoproteínas y proteínas del nucleoesqueleto que organizan diversos componentes al interior del núcleo, y d) el nucleolo, en el cual se lleva a cabo la síntesis del RNA ribosomal (rRNA) y ensamble de los ribosomas.

Envoltura nuclear La envoltura nuclear está constituida por una doble membrana que forma una barrera entre el citoplasma y el núcleo, es selectivamente permeable, encierra al material

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genético y delimita el compartimiento nuclear. Está formada por dos membranas nucleares, una interna y una externa. La membrana nuclear interna se asocia con componentes del nucleoesqueleto, la lámina nuclear que está compuesta por láminas nucleares tipos AC, B1 y B2 que en conjunto dan sostén a la envoltura nuclear, permiten el anclaje de las proteínas a la envoltura nuclear y anclan a la cromatina a la envoltura nuclear interna (figura 4-5, B). Por otra parte, la membrana nuclear externa se continúa con el retículo endoplásmico rugoso, por lo que se adosan a ella ribosomas, además ancla filamentos de vimentina, los cuales se asocian con el nucleoesqueleto y permiten un continuo entre el citoesqueleto y el nucleoesqueleto para equilibrar tanto las fuerzas de presión como de tensión y evitar que el núcleo se deforme y se rompa.

Complejo del poro nuclear Ambas membranas se separan por un espacio llamado cisterna perinuclear. Las membranas nucleares son perforadas a ambos lados por proteínas que forman los complejos del poro nuclear (orificios de 100 a 125 nm de diámetro) que median el transporte activo de proteínas, ribonucleoproteínas, y RNA entre el núcleo y el citoplasma. Estos poros nucleares pueden verse con el microscopio electrónico de transmisión como interrupciones de la envoltura

52

Histología y biología celular

E

Núcleo H

E

H Nucleolo

Nu A

C MNI

MNE

Polos nucleares

Heterocromatina Nucleolo

RER

Eucromatina

Nucleoesqueleto

Figura 4-5. Estructura del núcleo. A) Se muestra la ultraestructura del núcleo de un linfocito donde se aprecia la distribución de la heterocromatina y la eucromatina, asimismo se aprecia el nucleolo. E, eucromatina; H, heterocromatina; Nu, nucleolo. B) Se esquematiza la estructura del núcleo, señalándose la membrana nuclear interna (MNI), la membrana nuclear externa (MNE), la cual se continúa con la del RER, los poros nucleares, los tipos de cromatina, el nucleolo y el nucleoesqueleto debajo de la membrana nuclear interna y en el nucleoplasma. C) En las neuronas el nucleolo es una estructura sumamente evidente.

B

nuclear. Se componen por tres unidades superpuestas parecidas a anillos que muestran simetría de ocho pliegues cada una y que se interconectan por una serie de rayos dispuestos en forma vertical. Además, el complejo del poro nuclear está formado por un anillo citoplásmico con fibras citoplásmicas, un anillo medio, un transportador y una canastilla nuclear. El anillo citoplásmico que se encuentra en la superficie citoplásmica del poro nuclear, está compuesto por ocho subunidades, cada una asociada a una fibra filamentosa que une a Ran-GTP, una proteína necesaria para el transporte nuclear. Las fibras filamentosas ayudan a fijar la molécula a transportar y la dirigen a la entrada del poro. El anillo de rayos luminales o anillo medio se constituye por ocho proteínas que se proyectan hacia la luz del poro y a la cisterna perinuclear, estas proteínas ayudan a dar estructura al poro y a sujetar a las proteínas del anillo citoplásmico. El transportador está en el centro del poro y su estructura parece un reloj de arena, o un tapón. Algunos autores sugieren que el transportador es en realidad material que está pasando a través del complejo del poro. El anillo nuclear se halla en el borde de la cara nucleoplásmica, es análogo al anillo citoplásmico que favorece la salida de RNA. La canastilla nuclear es una estructura que parece

estar suspendida del anillo nuclear y se deforma al paso de moléculas hacia el núcleo (figura 4-5, B). Diversas proteínas que se forman en el citoplasma —como las histonas y las láminas nucleares— deben ser transportadas al núcleo de igual forma que el RNA y las subunidades ribosómicas deben ser dirigidas al citoplasma para la traducción; este proceso requiere energía y se lleva a cabo a través del complejo del poro nuclear. Las proteínas que se transportarán hacia el núcleo poseen una secuencia de localización nuclear (NLS, del inglés nuclear localization sequence), mediante la cual un receptor citosólico de importación nuclear, llamado importina, las reconoce y dirige hacia el complejo del poro nuclear, desde donde son transportadas de manera activa en un proceso que requiere trifosfato de guanosina (GTP). Las macromoléculas que se dirigen del núcleo al citoplasma de forma similar son reconocidas por exportinas.

Nucleoplasma El nucleoplasma es el material que se integra por gránulos de intercromatina y pericromatina, ribonucleopartículas (RNP) y matriz nuclear. Los gránulos de intercromatina contienen ribonucleoproteínas y enzimas como la trifosfa-

Capítulo 4

tasa de adenosina, trifosfatasa de guanosina, β-glicerofosfato y pirofosfatasa de dinucleótido de nicotinamida adenina (NAD). Se localizan en racimos entre la cromatina. Los gránulos de pericromatina se sitúan en los bordes de heterocromatina, estas partículas electrondensas están rodeadas por un halo menos denso de 25 nm. Se componen de fibras de ribonucleoproteínas nucleares heterogéneas (hnRNP). Las ribonucleoproteínas nucleares pequeñas (snRNP) se encuentran en todo el núcleo pero algunas se limitan al nucleolo e intervienen en el empalme, segmentación y transporte de las hnRNP. La matriz nuclear o nucleoesqueleto es una malla fibrosa que estructura al núcleo y organiza sus componentes al interior. Está formada por láminas nucleares como las que forman una red que se asocia con la envoltura nuclear interna, pero éstas se encuentran dispersas en el nucleoplasma, también la actina nuclear forma parte de esta matriz y otras proteínas estructurales. La matriz nuclear es análoga al citoesqueleto, forma una estructura de sostén para los elementos del núcleo, organiza al DNA y a la maquinaria para la duplicación y transcripción, forma carriles para que el RNA sintetizado pueda dirigirse al complejo del poro nuclear y se exporte, las láminas nucleares organizan a la cromatina y la fijan a la envoltura nuclear formando la heterocromatina (figura 4-5, B).

■ La célula: su estructura y función

53

de heterocromatina facultativa es el corpúsculo de Barr que se observa en el núcleo de las células de los mamíferos hembra, mismo que corresponde a uno de los cromosomas sexuales X que se encuentra como heterocromatina y silenciado desde el punto de vista transcripcional, lo cual obedece a que las hembras tienen una copia igual de los genes en el cromosoma X restante. Sin embargo, la heterocromatina facultativa —a diferencia de la constitutiva— puede activarse transcripcionalmente. La eucromatina, por otra parte, es la cromatina activa desde el punto de vista transcripcional. Cuando se observa la eucromatina mediante microscopía electrónica de transmisión se aprecia que está compuesta por filamentos de 30 nm de grosor, si se desenrollaran estos filamentos se formarían filamentos de 11 nm de grosor parecidos a un collar de cuentas, las cuentas del ejemplo corresponderían a los nucleosomas los cuales son el primer nivel de organización del DNA. Cada nucleosoma está formado por un octámero de histonas de tipo H2A, H2B, H3 y H1 (dos histonas de cada tipo se asocian para formar el octámero). El DNA rodea dos veces este octámero, entre octámero y octámero de histonas hay DNA de enlace, el espacio entre cada nucleosoma es de 200 pb. El nucleosoma es la forma de organización más simple del DNA en un núcleo interfásico y es la forma en la que el DNA organiza para duplicarse y transcribirse.

Cromatina La cromatina es el material basofílico que se aprecia en el núcleo de una célula interfásica (que no está dividiéndose), está conformado por DNA y proteínas asociadas con éste, como histonas y proteínas no histonas. Mediante microscopía de luz, en un núcleo interfásico es posible distinguir dos formas en las cuales se organiza la cromatina, a) heterocromatina que se observa en cúmulos densos en la periferia nuclear y que se tiñe de manera intensa con hematoxilina, Feulgen y otros colorantes básicos, es la forma de cromatina inactiva desde el punto de vista transcripcional; o b) eucromatina, es la cromatina dispersa en el nucleoplasma poco condensada y activa transcripcionalmente. Este tipo de cromatina no se aprecia con la microscopía fotónica (figura 4-5, A y B). La heterocromatina se divide en dos clases: la constitutiva y la facultativa. La heterocromatina constitutiva que permanece en el estado condensado en todas las células y durante todo su ciclo de vida, por tanto, representa al DNA silenciado de manera permanente. Esta cromatina contiene sobre todo secuencias repetitivas de DNA no codificante y algunos pocos genes, este DNA tiene una función estructural y de protección, el cual se encuentra en los centrómeros, telómeros y algunos otros sitios como la parte distal del cromosoma Y. A diferencia de la heterocromatina constitutiva, la heterocromatina facultativa es una cromatina que se inactiva de manera específica durante ciertas fases de la vida de un organismo o en células específicas. Un ejemplo

Nucleolo El nucleolo es la estructura más evidente que se puede detectar en el núcleo de una célula en interfase cuando se observa en el microscopio óptico. El nucleolo es el sitio donde se lleva a cabo la síntesis y procesamiento del pre-rRNA así como el ensamble de las subunidades ribosomales. Es una estructura no membranosa formada por la agregación de proteínas (ribonucleoproteínas nucleolares pequeñas (snoRNP) involucradas en el procesamiento del pre-rRNA), genes (tanto rDNA como pre-rRNA y rRNA maduro), y subunidades ribosomales (maduras y parcialmente ensambladas). La organización del nucleolo se regula por sitios localizados en los cromosomas 13, 14, 15, 21 y 22 llamados organizadores nucleolares. En el nucleolo se distinguen tres zonas cuando se observa mediante microscopía electrónica de transmisión: a) el centro fibrilar; b) el componente fibrilar denso, y c) el componente granular, en cada una de estas zonas se organizan los eventos que conllevan a la síntesis de rRNA y el ensamble de los ribosomas (figura 4-5, A, B y C). El centro fibrilar contiene asas de DNA de los cromosomas 13, 14, 15, 21, 22, genes de rRNA, RNA polimerasa I y factores de transcripción. El material fibrilar denso contiene genes ribosómicos en proceso de transcripción y grandes cantidades de rRNA. Por otra parte, el material granular contiene partículas prerribosómicas ya que es el sitio donde inicia el proceso de armado de las subunidades ribosómicas. La RNA polimerasa I inicia la transcripción del rRNA, después

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Histología y biología celular

A

Membrana Membrana nuclear nuclear externa Núcleo interna

B Cisternas Lumen

Ca+

Ribosomas Retículo endoplásmico rugoso

CYP P450

Retículo endoplásmico liso

Fgura 4-6. Estructura y tipos de retículo endoplásmico. Se observan los dos tipos de retículo endoplásmico. El retículo endoplásmico rugoso (RER), presenta ribosomas y se continúa con la envoltura nuclear, ahí se sintetizan las proteínas. El retículo endoplásmico liso (REL) carece de ribosomas pero contiene enzimas para detoxificar como P450 también es un reservorio de calcio (A). La presencia de ácidos ribonucleicos permite que con tinciones especiales como la de Nissl se aprecien estas estructuras en el citoplasma de células como las neuronas donde el RER también se llama cuerpo de Nissl, se marcan con flechas (B).

se llevan a cabo modificaciones adicionales por los snoRNA, seguido a ello, las subunidades de rRNA se arman mediante proteínas ribosómicas en subunidades prerribosomales, las cuales se exportan desde el núcleo a través de los poros nucleares para completar su armado final en el citoplasma, donde se convierten en ribosomas maduros. Las características del nucleolo son muy importantes desde el punto de vista diagnóstico, dado que incrementa en tamaño y en número en células con gran actividad transcripcional como las células transformadas. De igual forma, otras características del núcleo también evidencian a una célula cancerosa, por ejemplo, estas células muestran además de alteraciones en el nucleolo, un núcleo con alteraciones morfológicas, e incremento en su tamaño y número, así como cambios en la estructura y distribución de la cromatina. El núcleo, sin embargo, no es sólo un indicador de la actividad transcripcional de la célula, sino también del mal funcionamiento que resulta en la muerte celular por necrosis o apoptosis.

Retículo endoplásmico El retículo endoplásmico (RE) es un organelo presente en todas las células eucariotas y se divide en dos componentes: el retículo endoplásmico liso (REL) y el retículo endoplásmico rugoso (RER). Ambos forman una red laberíntica de túbulos ramificados y de sáculos aplanados que se extienden por todo el citoplasma. Los túbulos y los sáculos están interconectados, de modo que la membrana del RE forma una lámina continua que define un único espacio interno. En consecuencia, el líquido citoplasmático está contenido dentro de dos compartimientos: el que se encuentra dentro de las membranas del RE, denominado espacio luminal o cisternal, y la región situada por fuera de las membranas, que es el espacio citosólico (figura 4-6, A).

Los diferentes tipos de células en el organismo tendrán cantidades variables de RE, lo cual dependerá de su función. Por ejemplo, células encargadas de secretar proteínas como las células acinares del páncreas o las plasmáticas del sistema inmune tendrán un abundante RER, por otra parte, las células hepáticas que entre sus múltiples funciones están las de destoxificar sustancias tóxicas y las células de Leydig del testículo encargadas de producir hormonas esteroides, tendrán una gran cantidad de REL.

Retículo endoplásmico liso El REL es un sistema de túbulos ramificados e interconectados, así como pequeñas vesículas esféricas. Recibe su nombre debido a que no posee ribosomas adheridos a sus paredes, a diferencia del RER. Sus cisternas son típicamente tubulares y forman un sistema de tuberías que se incurvan en el citoplasma. Las funciones del REL son: 1) la síntesis de hormonas esteroides; 2) la destoxificación hepática de compuestos orgánicos (p. ej., barbitúricos y etanol), gracias a un sistema de enzimas que transfieren oxígeno (oxigenasas), incluida la familia del citocromo P-450; 3) la liberación de glucosa a partir de la glucosa 6-fosfato en los hepatocitos; 4) el secuestro de iones de calcio (Ca2+) dentro del espacio cisternal, especialmente en las células del músculo esquelético en donde se conoce como retículo sarcoplásmico (la liberación de Ca2+ del interior de las cisternas inicia la contracción), y 5) ya que en el REL se sintetizan lípidos presentes en la membrana celular y la membrana de otros organelos, éste contribuye a su renovación.

Retículo endoplásmico rugoso El RER se encuentra en mayor proporción, como ya se mencionó, en células cuya función principal es la produc-

Capítulo 4

ción de proteínas, como las células plasmáticas, las células de los ácinos pancreáticos entre otras, en donde el RER se tiñe de manera intensa con los colorantes básicos. Esta región celular que exhibe basofilia se denomina ergastoplasma y es la imagen que ofrece la microscopía óptica del RER. El retículo endoplásmico rugoso en otros tipos celulares recibe el nombre particular de cuerpos de Nissl en las neuronas (figura 4-6, B). La diferencia morfológica entre el RER y REL consiste en la presencia de ribosomas unidos a la membrana del primero y ausencia de los mismos en el segundo, esta diferencia le da la característica tintorial a este organelo. El RER se continúa con la membrana externa de la envoltura nuclear, la cual también contiene ribosomas en su superficie citosólica. El RER aparece como un organelo membranoso extenso compuesto principalmente de sacos aplanados (cisternas) separados por un espacio citosólico. Su membrana proporciona una gran superficie sobre la cual se pueden fijar cerca de 13 millones de ribosomas por célula (figura 4-6, A). El RE es el punto inicial de la vía biosintética y el responsable de la producción de las proteínas no citosólicas, cadenas de carbohidratos y fosfolípidos. Las proteínas se pueden sintetizar en dos sitios diferentes de la célula: a) En ribosomas unidos a la superficie citosólica de las membranas del RER. Entre las que se encuentran: a) proteínas que serán secretadas por la célula; b) proteínas integrales de membrana, y c) proteínas de ciertos organelos (p. ej., aparato de Golgi, lisosomas y endosomas). b) En ribosomas “libres” o polirribosomas, esta clase incluye: a) proteínas destinadas a permanecer en el citosol (p. ej., enzimas de la glucólisis y proteínas del citoesqueleto); b) proteínas periféricas de la superficie interna de la membrana plasmática (p. ej., espectrinas y anquirinas); c) proteínas transportadas al núcleo, y d) proteínas que se incorporan en los peroxisomas y mitocondrias. El que la proteína sea sintetizada en uno u otro sitio depende de la secuencia de aminoácidos en la porción N-terminal del polipéptido, que es la primera que surge del ribosoma durante la síntesis proteica y es conocida como péptido señal (secuencia de señal). Además, en el RER existen, entre otras, tres proteínas integrales de importancia: a) la proteína de reconocimiento de señal (proteína de acoplamiento); b) la proteína receptora de ribosoma (riboforina I y II), y c) la proteína de poro. Gracias a este complejo sistema se lleva a cabo la síntesis de proteínas en el RER de la siguiente manera: 1. Después de que un ribosoma situado en el espacio citosólico lee el codón de inicio (AUG) del mRNA, se sintetiza la secuencia señal, la cual es reconocida por

2.

3.

4.

5.

6.

■ La célula: su estructura y función

55

la proteína de reconocimiento de señal (PRS), esta última se enlaza con la subunidad P del ribosoma deteniendo la síntesis. Al detenerse la traducción, el complejo PRS-ribosoma-proteína se une a una riboforina localizada en la superficie citoplásmica de la membrana del RER y comienza el ensamblaje de la proteína de poro. La PRS se libera de la secuencia señal y la traducción continúa, pero ahora, una vez adosado el ribosoma a la membrana del RER, permite la translocación de la proteína naciente hacia el interior de la cisterna. Al ingresar la cadena peptídica al espacio luminal del RER, la secuencia señal es eliminada por la peptidasa de señal. Diferentes enzimas dentro de la cisterna realizan modificaciones postraduccionales (p. ej., glucosilación, sulfatación), lo cual permite que la proteína cambie su estructura de una forma primaria, plegándose, hasta una forma cuaternaria. Por último, el codón de paro es leído por la unidad ribosomal, lo que detiene la traducción.

Dentro del RER existen varias enzimas encargadas de garantizar que las proteínas recién sintetizadas sean modificadas de manera adecuada para alcanzar su estructura funcional terciaria y cuaternaria, eliminando a las proteínas mal plegadas o ensambladas, lo cual constituye un sistema de control de calidad. Las proteínas que son sintetizadas por este organelo serán modificadas a glucoproteínas y tendrán varias funciones, entre ellas: ser proteínas integrales de membrana, enzimas lisosómicas o proteínas de secreción. La superficie del borde apical de las cisternas del RER se encuentra desprovista de ribosomas, estableciendo regiones conocidas como elementos de transición, que están encargados de formar el primer grupo de vesículas de transporte en la vía biosintética, las cuales son dirigidas hacia el aparato de Golgi. Todas estas vesículas se encuentran rodeadas por una cubierta proteica formada por coatómeros (COP), proteínas similares a la clatrina que favorecen el transporte bidireccional: a) anterógrado, del RER a la red cis-Golgi (RCG), es decir, las cisternas del aparato de Golgi más cercanas al RER, y b) retrógrado, desde la RCG hacia el RER (figura 4-7). Se han identificado dos tipos de coatómeros, los cuales cumplen las siguientes funciones: • COP-I: estas proteínas se encargan de recubrir las vesículas provenientes de la RCG y, por ende, median el transporte retrógrado hacia el RER. Este tipo de transporte tiene una función de rescate de proteínas que de manera errónea fueron enviadas desde el RER hacia el aparato de Golgi. • COP-II: su función es formar las vesículas que viajarán de forma anterógrada desde el RER hacia la RCG.

56

Histología y biología celular

Transporte anterógrado

Reciclaje

COP-II

cis-Golgi

RER COP-I

Reciclaje

Transporte retrógrado

Figura 4-7. Transporte vesicular de retículo endoplásmico a Golgi. La manera en que los coatómeros cumplen su función es deformando las membranas y produciendo brotes que, posteriormente, al separarse del organelo (RER o aparato de Golgi), formarán vesículas. En el transporte anterógrado las vesículas viajan desde el RER hacia la RCG cubiertos por COP-II; COP-I favorece el transporte retrógrado de la RCG hacia el RER. Los coatómeros son reciclados después de que se forman las vesículas.

Aparato de Golgi Siguiendo la vía de síntesis de proteínas que inicia en el núcleo celular, con la duplicación del DNA, la transcripción y la traducción en el RER, se llega al aparato de Golgi, el cual participa en la modificación y selección de las proteínas que vienen del RER, además participa en la síntesis de carbohidratos. El aparato de Golgi —llamado así en honor a su descubridor, el histólogo italiano, Camilo Golgi— fue descrito por primera vez en 1876 mediante la observación de neuronas impregnadas con osmio, en las cuales se aprecian redes irregulares de fibras, cavidades y vesículas localizadas en la cercanía del núcleo. Desde el punto de vista morfológico, este organelo se identifica como una serie de sacos apilados llamados cisternas, con una cara convexa a la que llega el material que proviene del RER, la cara cis, y una cóncava o cara trans, por la cual salen las vesículas del aparato de Golgi con material modificado. Además, numerosas vesículas también conforman este organelo. Dadas sus funciones, el aparato de Golgi se encuentra muy desarrollado en células que secretan glucoproteínas, y es muy pequeño en células como las musculares. Con la tinción convencional en microscopía de luz este organelo no se tiñe, por lo tanto, se observa como imagen negativa. Sin embargo, con tinciones específicas (como la de Da Fano), el aparato de Golgi se observa en imagen positiva y el núcleo en negativa (figura 4-8, B).

El aparato de Golgi, como ya se mencionó, tiene una morfología característica que consiste en cisternas aplanadas, parecidas a sacos, con rebordes amplios relacionados con vesículas y túbulos. Las cisternas, cuyos diámetros son de 0.5 a 1.0 μm, se disponen en pilas aplanadas, e incurvadas de manera parecida a una copa poco profunda. Típicamente, la pila de Golgi contiene menos de ocho cisternas; una célula puede contener desde unas cuantas, hasta varios miles de pilas, según el tipo de célula. Las cisternas del aparato de Golgi están polarizadas, las más próximas al RER conforman la cara cis, en tanto que las cisternas del extremo opuesto de la pila se encuentran en la cara trans. Debido a que el complejo de Golgi no tiene una composición uniforme de un extremo al otro, se divide en cuatro compartimientos distintos desde el punto de vista funcional: las cisternas cis, la cara media y la cara trans; y la red trans de Golgi (RTG) (figura 4-8, C). Las proteínas de membrana, secreción o lisosomales, recién sintetizadas, abandonan el RER y penetran en el aparato de Golgi a través de su cara cis, para después atravesar la pila de cisternas hacia la cara trans. El complejo de Golgi es, sobre todo, una planta procesadora. Las proteínas recién sintetizadas, que primero fueron ensambladas en el RER, se modifican de manera secuencial específica conforme atraviesan la pila de Golgi: las enzimas proteolíticas recortan parte de su longitud; los aminoácidos pueden modificarse (p. ej., hidroxilación) y cambian en forma gradual su contenido de carbohidratos

Capítulo 4

■ La célula: su estructura y función

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Aparato de Golgi C

A

Figura 4-8. Aparato de Golgi. A) Camilo Golgi. B) Se observa la estructura básica del aparato de Golgi, la red o cara cis, la red intermedia, y la red o cara trans. Neuronas ganglionares con la técnica de impregnación metálica de Da Fano. C) Se observa en el soma de las neuronas, estructuras irregulares oscuras, que corresponden al aparato de Golgi, el núcleo se aprecia en el centro del soma como una imagen negativa.

Red trans Red media

Red cis

ERGIC B

mediante una serie de reacciones enzimáticas. Una vez que las proteínas alcanzan la RTG, están listas para ser clasificadas y enviadas a su destino final dentro o fuera de la célula. Las proteínas se transportan a través del complejo de Golgi mediante vesículas formadas por gemación de dicho organelo. Resulta importante mencionar que una proteína en particular, sintetizada en el RER se clasifica y se envía en una vesícula en particular. La célula debe tener la capacidad para distinguir entre los diferentes materiales que elabora. Se considera que esta clasificación para separar a las proteínas marcadas hacia diferentes destinos en vesículas diferentes ocurre en los últimos compartimientos de Golgi, es decir, en la RTG. En la RTG se originan dos tipos de vesículas: 1) vesículas no selectivas, no recubiertas de clatrina, que transportan materiales (como colágena y fibronectina) secretados de manera continua por la célula (secreción constitutiva) y también proteínas integrales de membrana que continuamente se añaden al plasmalema; y 2) vesículas selectivas recubiertas de clatrina que llevan cargas seleccionadas, como productos secretorios regulados

(secreción regulada) y enzimas lisosómicas marcadas para sitios específicos. Las vesículas pueden moverse en sentido anterógrado (es decir de la cara cis hacia la cara trans), pero también en sentido retrógrado (de la cara trans hacia la cis) (figura 4-9). Asimismo, el aparato de Golgi es el sitio donde se concluye el ensamblado de oligosacáridos a glucoproteínas y a glucolípidos. Este organelo es también el sitio de síntesis de la mayor parte de los complejos polisacáridos de la célula (p. ej., glucosaminoglucanos de la matriz extracelular).

Lisosomas Dichos organelos membranosos se forman en el aparato de Golgi y constituyen el sistema digestivo y excretor de las células eucariontes. Los lisosomas tienen la posibilidad de degradar una variedad de estructuras que incluyen: ácidos nucleicos, lípidos complejos, glucosaminoglucanos, proteínas, etc. Estos materiales pueden liberarse del lisosoma por difusión o por la ayuda de transportadores especializados. Son organelos que varían ampliamente en forma y tamaño, miden desde 25 a 50 nm de diámetro en el caso de los lisosomas primarios y hasta 0.3 μm en los lisosomas secundarios, estas características dependen del tipo celular y de su función. Los lisosomas primarios se refieren a los que recién se forman del aparato de Golgi, en contraste, los lisosomas secundarios se refieren a los que ya se han fusionado con endosomas y, por tanto, presentan material digerido o en proceso de digestión (figura 4-10, A).

58

Histología y biología celular

Sitio de unión para partículas de armado

Membrana plasmática

Cadena ligera

Vesículas de clatrina

Gránulo secretor

Trisquelión

Clatrina

Cadena pesada

Endosoma tardío

Vesículas Cop I (transporte retrógrado)

Vesículas Cop II (transporte anterógrado)

Figura 4-9. Transporte vesicular desde el aparato de Golgi. Se observa cómo se lleva a cabo el transporte de vesículas desde Golgi a la membrana plasmática y de ahí a los lisosomas. También se observa la participación de las proteínas COP I, COP II y clatrina.

RER

Lipasas

L1 Glucosidasas

Nucleasas CM

V

pH 5

L2

Bomba de protones H+ H+

H+ H+

A

B

Figura 4-10. Estructura general de los lisosomas. A) Electromicrografía de una neurona, donde se observa la presencia de lisosomas primarios (L1) y secundarios (L2) en los cuales se aprecia material, asimismo se observan cuerpos multivesiculares (CMV). B) En el esquema se muestra la estructura de los lisosomas, las bombas que mantienen su pH bajo y otras proteínas que lo conforman.

Capítulo 4

■ La célula: su estructura y función

59

Debido a su heterogeneidad morfológica, estos organelos pueden ser identificados mediante el uso de anticuerpos específicos y técnicas histoquímicas en las cuales se emplea el precipitado producido por la actividad de la hidrolasa con su sustrato. Los lisosomas contienen por lo menos 40 tipos de enzimas hidrolíticas, entre las que se encuentran: proteasas, nucleasas, glucosidasas, lipasas, fosfolipasas, fosfatasas y sulfatasas, las cuales participan en la digestión intracelular de macromoléculas, microorganismos fagocitados, células muertas, organelos dañados y senescentes. Dado que las enzimas lisosomales son hidrolasas ácidas cuya actividad óptima se lleva a cabo a un pH cercano a cinco, la membrana de este organelo contiene bombas de protones (H+) que emplean la energía producida por la hidrólisis de ATP para introducir activamente H+, lo cual permite el mantenimiento de un medio ácido al interior de este organelo. Asimismo, la membrana de los lisosomas contiene proteínas transportadoras que permiten la salida de los productos finales de la digestión como aminoácidos, azúcares y ácidos nucleicos, de tal forma que estos productos puedan ser reutilizados por las células (figura 4-10, B). Defectos genéticos como las mutaciones en genes estructurales de las hidrolasas lisosómicas, evitan la producción normal de estas enzimas y producen la acumulación de su sustrato no digerido en los lisosomas, lo cual tiene consecuencias patológicas importantes, principalmente en el sistema nervioso. Estas alteraciones son conocidas como enfermedades por acúmulo lisosómico.

grasos de cadena larga (β-oxidación), la síntesis de plasmalógenos, acetilcoenzima A y H2O2. Este último compuesto tiene una función importante en la destoxificación de agentes nocivos, por ejemplo, en las células hepáticas en donde convierte el etanol en acetaldehído. De igual forma que para algunos microorganismos, el peróxido de hidrógeno es tóxico para la célula; debido a lo anterior, la catalasa es la encargada en convertirlo en agua o usarlo para oxidar otros compuestos orgánicos. Los peroxisomas se forman a partir de otros, por crecimiento y fisión, del mismo modo que las mitocondrias. Ahora se sabe que el retículo endoplásmico es una fuente de membrana para el crecimiento de los peroxisomas que se crearon por fisión y para la formación de novo de estos organelos. Las proteínas de los peroxisomas se sintetizan en los ribosomas libres y contienen una secuencia señal en su extremo C-terminal, la cual dirige las proteínas hacia el interior del organelo por medio de un receptor. Tanto el aumento como la disminución en la cantidad de estos organelos, depende de las necesidades celulares, en especial a la disminución en la cantidad de éstos por vías autofágicas se le conoce como pexofagia, y es específica para los peroxisomas. La autofagia se puede dar por la vía macropexofágica o micropexofágica. La presencia de peroxisomas vacíos o “fantasmas” a los cuales no se importan las enzimas oxidativas desde el citoplasma al peroxisoma, produce una rara anomalía hereditaria reconocible por diversas alteraciones neurológicas llamada síndrome de Zellweger.

Peroxisomas

Mitocondria

También conocidos como microcuerpos, los peroxisomas son organelos membranosos esféricos y pequeños (0.2-1 μm de diámetro), que pueden tener un centro denso y cristalino de enzimas oxidativas (figura 4-11). Los peroxisomas son organelos con múltiples funciones y presentan más de 50 proteínas oxidativas como la uratooxidasa, glucolatooxidasa, catalasa y ácido d-aminooxidasa, que participan en el catabolismo de los ácidos

A mediados del siglo xix, Rudolph von Kölliker describió a la mitocondria como un compartimiento citoplásmico granular con su propia membrana en células musculares las cuales las identificó como sarcosomas. A finales del mismo siglo, Benda las llama mitocondrias que significa “hilo con cuentas”, que era la imagen que se observaba con los microscopios con que se contaba hace 150 años. En el decenio de 1950-1959, Pallade y Sjöstrand, con la aplica-

Enzimas digestivas

Cristal

Caperuza

Subunidades proteicas

Lisosomas

Peroxisomas

Proteosomas

Figura 4-11. Lisosomas, peroxisomas y proteosomas. El esquema muestra las características generales de estos organelos, los cuales son los sistemas de digestión de las células.

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Histología y biología celular

ción de la microscopía electrónica la pueden describir con detalle e identifican que es un solo organelo. Ahora se sabe que la morfología de la mitocondria es dinámica y varía continuamente por un proceso de fisión y fusión al que se identifica ahora como dinámica mitocondrial de la que se hará mención más adelante. La hipótesis más aceptada para el origen de este organelo es que proviene de un proceso endosimbiótico entre una bacteria anaerobia y una célula protoeucariótica. La base para sustentar esta hipótesis es la doble membrana y la semejanza entre el DNA mitocondrial y la manera en que estas bacterias sintetizan sus proteínas. La mitocondria de los mamíferos tiene su propio DNA circular que codifica para 22 RNA de transferencia (tRNA) mitocondriales, dos rRNA y 13 proteínas que forman parte de los complejos proteicos (I, II, IV y V) para la fosforilación oxidativa. Las mitocondrias se originan de otras mitocondrias por división y síntesis e importación de proteína y lípidos del citoplasma. Cada mitocondria tiene varias copias de su DNA, el cual se hereda de la madre, y este DNA se replica varias veces en cada ciclo celular, lo que también da lugar a una mayor posibilidad de errores en la replicación. En ellas se degradan moléculas orgánicas, liberando la energía química contenida en sus enlaces. En este proceso, la energía liberada se almacena en moléculas de ATP para luego utilizarse en otros procesos celulares. Los requerimientos energéticos de la célula determinan la cantidad de mitocondrias que requiere; por ejemplo, una célula hepática tiene alrededor de 2 500 mitocondrias (25% de su volumen), mientras que un miocardiocito tiene muchas más y de mayor tamaño. Las mitocondrias se agru-

pan a menudo en áreas celulares de alto requerimiento energético. Mediante microscopía de luz, algunas tinciones especiales como la de Cains o Bensley evidencian la presencia de estos organelos, los cuales se aprecian de color magenta (figura 4-12, A). Estos organelos son polimórficos, desde casi esferas hasta cilindros, que en promedio miden 3 μm de largo con un diámetro de 0.5 μm (figura 4-12, B). Poseen dos membranas, una externa y otra interna, que dan lugar a dos compartimientos: el espacio intermembranoso y la matriz mitocondrial. a) Membrana externa. Es permeable a los solutos presentes en el citosol, ya que se encuentran en ella proteínas transmembranales llamadas porinas, las cuales forman canales acuosos por los que pasan libremente iones y moléculas de hasta 5 kDa. b) Espacio intermembranal. Dada la presencia de porinas en la membrana mitocondrial externa, su contenido de solutos es similar al del citosol. En este espacio hay una serie de enzimas que utilizan el ATP generado en la membrana interna. Entre estas enzimas están la creatina cinasa, la adenilato ciclasa y el citocromo C. c) Membrana interna. Está plegada, forma las crestas que “miran” hacia la matriz, mismas que delimitan microdominios para algunos iones, nutrientes, trifosfato de adenosina (ATP), difosfato de adenosina (ADP) y pequeñas proteínas solubles. Presenta un fosfolípido doble (difosfatidilglicerol o cardiolipina), que impide el paso de solutos en cualquier dirección. El paso de moléculas se realiza por medio de proteínas transportadoras. Ancladas a la membrana interna se encuentran las moléculas involucradas en la cade-

CR ME

MA MI

A

B

Figura 4-12. Mitocondria. A) Se muestra una imagen de riñón con la tinción de Bensley. Las células de los túbulos proximales presentan gran cantidad de mitocondrias, que con esta tinción se exhiben como un puntilleo en color magenta. B) La electronmicrografía de la mitocondria muestra a detalle su ultraestructura, las crestas mitocondriales (CR), la membrana mitocondrial externa (ME), la membrana mitocondrial interna (MI) y la matriz mitocondrial (MA).

■ La célula: su estructura y función

Capítulo 4

na de transporte de electrones y el complejo proteico ATP sintetasa, actualmente se identifica a la relación crestas/superficie mitocondrial como una medida de la capacidad de la mitocondria para sintetizar ATP. d) Matriz mitocondrial. Aquí están varias copias de DNA circular, mRNA, rRNA (que forma auténticos ribosomas), tRNA y otras moléculas necesarias para la fosforilación oxidativa. Sus productos principales son CO2 y NADH reducido. También están las enzimas que participan en la β-oxidación. Se ubican en esta zona los gránulos matriciales que almacenan Ca2+, así como otros cationes divalentes y trivalentes (figura 4-13). Los sitios de contacto entre la membrana externa y la interna, es donde se ubican las estructuras que permiten el tránsito de ciertas moléculas entre las dos membranas, como la creatina cinasa mitocondrial, la nucleasa translocadora de nucleótidos (ANT), los canales aniónicos dependientes de voltaje y porina (VDAC) por mencionar algunas. Se ha propuesto que en estos sitios de contacto es donde se da la fusión y la fisión mitocondrial. Ahora se sabe que la mitocondria recorre grandes distancias utilizando el sistema de microtúbulos y que cada dos minutos —dependiendo del tipo celular— ocurre la fisión o la fusión en un orden cuidadosamente balanceado. Un aumento en la fusión da lugar a mitocondrias muy

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grandes e interconectadas, en tanto que un aumento en la fisión lleva a formar mitocondrias minúsculas y fragmentadas. La fusión y la fisión requieren de un gran gasto de GTP. La energía que se libera por la hidrólisis de esta molécula es empleada para que durante la fusión se mezclen las matrices de las mitocondrias. La fusión de mitocondrias facilita la transmisión de señales mediadas por Ca2+. La fisión mitocondrial facilita el transporte de estos organitos con mayor facilidad a los sitios con una mayor demanda energética. La fusión y la fisión están reguladas por isoformas de una GTPasa de 85 kDa (mitofusina 1 y 2); éstas se ubican en la membrana externa de la mitocondria.

Organelos no membranosos Citoesqueleto El citoesqueleto es una red dinámica y muy compleja de filamentos proteicos que en conjunto regulan una gran diversidad de funciones dentro de la célula como: a) el mantenimiento de la arquitectura general de la célula, así como los cambios de forma durante su diferenciación; b) el desplazamiento sobre un sustrato (p. ej., el desplazamiento de granulocitos y linfocitos sobre y a través del endotelio en un evento inflamatorio); c) el transporte de proteínas y organelos al interior de la célula; d) el movi-

Proteínas transportadoras

Centros ferrosulfurosos Membrana externa (ME)

ME

Membrana interna (MI)

MI C

Matriz (M)

M Ribosomas Cresta mitocondrial (C) mitDNA ATP-sintasa

Cadena respiratoria complejos I-IV

Figura 4-13. Esquema de la mitocondria. Se ilustra la estructura general de la mitocondria, así como los componentes funcionales principales y su distribución en las membranas mitocondriales y la matriz.

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Histología y biología celular

miento de cromosomas durante la división celular y la citocinesis; e) la unión entre las células, y f) la participación de las células en diferentes vías de señalización. Dicha red proteica está formada principalmente por tres tipos de filamentos que se clasifican de acuerdo con su tamaño y composición en: 1) microfilamentos, 2) filamentos intermedios y 3) microtúbulos. Además, está constituida por cientos de proteínas que se asocian con estos filamentos y permiten sus funciones.

donde los filamentos crecen, en los microfilamentos este extremo también se llama barbado, el otro extremo es de crecimiento lento y, por consiguiente, es más estable, a éste se le llama menos o puntiagudo en los microfilamentos. Los filamentos de actina al igual que los microtúbulos son muy dinámicos, se polimerizan y despolimerizan de manera continua, este proceso en el caso de los microfilamentos depende de ATP, de Mg+, K+, de la concentración de actina G en el citoplasma y de la actividad de proteínas que modulan la polimerización de la actina como la timosina que se une a la actina G e impide su polimerización, las proteínas bloqueadoras de los extremos que regulan la longitud de los filamentos, la profilina que se une a la actina G y favorece la polimerización, o la cofilina y la gelsolina que promueven la fragmentación de los filamentos y con ello su despolimerización (figura 4-14, A). Los filamentos de actina llevan a cabo diversas funciones en las células, por ejemplo:

Microfilamentos Los microfilamentos están formados por subunidades globulares de actina que en presencia de ATP se polimerizan para formar dos hebras de filamentos que se ensamblan en forma helicoidal y forman filamentos parecidos a una cuerda de 6 a 7 nm de diámetro. A la actina que se encuentra en subunidades globulares en el citoplasma se le llama actina G y a la que ha formado filamentos se le conoce como actina F. Los filamentos de actina al igual que los microtúbulos son estructuras polarizadas, es decir, que tienen un extremo positivo en donde se adicionan rápidamente subunidades y, por consiguiente, es un extremo

• Contracción muscular. Los microfilamentos se asocian con filamentos gruesos formados por miosina, en conjunto la actividad de estos filamentos y algunas otras proteínas accesorias permiten el acortamiento

4 Actina G

β

Actina F

α β α 1

2

β α

3

5 10 nm

6 25 nm

7 nm A Microfilamentos

B Filamentos intermedios

C Microtúbulos

Figura 4-14. Componentes del citoesqueleto. Se muestran en el esquema los tres filamentos principales que conforman el citoesqueleto, su diámetro y las subunidades que los conforman. A) Los microfilamentos que se componen por subunidades de actina G, las cuales se polimerizan formando dos cadenas que se asocian helicoidalmente para conformar un filamento, en esta forma la actina se denomina F. B) Los filamentos intermedios se construyen cuando un monómero (1) se asocia con otro para formar un dímero (2), dos dímeros se asocian para formar un tetrámero en el cual los extremos carboxilo y amino apuntan en sentido contrario. El tetrámero es la subunidad básica de los filamentos. Varios tetrámeros se asocian para formar un protofilamento, ocho de ellos conforman el filamento intermedio. C) Los microtúbulos, formados por heterodímeros de α y β tubulinas que forman protofilamentos, 13 de ellos conforman un microtúbulo.

Capítulo 4

•

•

•

•

•

•

de las sarcómeras y como resultado la contracción muscular. Locomoción celular. Los microfilamentos forman una malla debajo de la membrana celular que da estructura a la membrana plasmática y permite los cambios de forma durante la diferenciación celular. Anclaje y movimiento de proteínas integrales de membrana. Los microfilamentos se distribuyen por todo el citoplasma y forman una red debajo de la membrana plasmática a la cual se anclan proteínas integrales de membrana, como las que conforman los complejos de unión, de manera que estas proteínas permanecen en los dominios lateral, apical y basal, lo cual favorece el establecimiento de las uniones célulacélula y célula-membrana basal. Cambios morfológicos celulares. Los microfilamentos forman una malla debajo de la membrana celular que le brinda estructura y permite los cambios de forma durante la diferenciación celular y otros como el crecimiento axónico. Fagocitosis y el tráfico de vesículas. Estos filamentos también ayudan a deformar la membrana plasmática para dar estructura a los seudópodos, que en fagocitos como los macrófagos envuelven el material a fagocitar (p. ej., microorganismos opsonizados, restos de células muertas, etc.). La activación de plaquetas. Los filamentos de actina brindan estructura a las plaquetas y junto con los microtúbulos mantienen su forma discoidal. Además, colaboran con los filamentos de miosina para que mediante movimientos de contracción, las plaquetas se retraigan después de la formación de un coágulo definitivo y se permita el retorno del flujo sanguíneo normal a través del vaso. Formación de especializaciones de membrana. Los filamentos de actina forman la estructura de las microvellosidades, especializaciones de membrana de los enterocitos, que incrementan la superficie de absorción. Asimismo, forman los estereocilios que caracterizan a las células pilosas de oído interno y a las células del epidídimo, éstas son estructuras más largas y rígidas y, en el caso de las células del oído interno, su movimiento permite apertura de canales de compuerta mecánica y con ello la transmisión de impulsos nerviosos que se traducen en sonido, los estereocilios del epidídimo tienen una función de absorción.

Filamentos intermedios Los filamentos intermedios (FI), denominados así debido a que su diámetro de 8 a 10 nm, se encuentra entre el de los microfilamentos y el de los microtúbulos, son fibras muy fuertes parecidas a cuerdas, que se distribuyen por todo el citoplasma celular. Brindan estructura a las células, además de proporcionar fuerza y resistencia a las células que

■ La célula: su estructura y función

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se encuentran sometidas a estrés mecánico y a presiones fuertes, como las células musculares, las neuronas y las células epiteliales que recubren las cavidades del cuerpo. Los filamentos intermedios son poco sensibles a las drogas y más difíciles de disolver a diferencia de los microfilamentos y microtúbulos.

Composición y ensamblaje de los filamentos intermedios La composición de los filamentos intermedios es diversa y su presencia depende del tipo celular, entre las proteínas que forman parte de estos filamentos se encuentran la vimentina, desmina, tonofilamentos, láminas nucleares, entre otras. A diferencia de los microfilamentos y los microtúbulos, los filamentos intermedios no presentan polaridad, como tampoco son tan dinámicos. Tales filamentos están formados por una unidad básica que es un tetrámero, formado por dos dímeros alineados lado a lado en forma intercalada, con sus extremos amino (N) y carboxilo (C) apuntando en sentido contrario. Como los dímeros apuntan en sentido contrario el filamento carece de polaridad. Los filamentos intermedios se forman entonces por la asociación de tetrámeros que se unen lado a lado o extremo a extremo. La fosforilación de estos filamentos es la señal para su polimerización y despolimerización (figura 4-14, B).

Tipos y funciones de los filamentos intermedios Existen diferentes tipos de filamentos intermedios, su expresión depende del tipo celular, a continuación se describen los más importantes, algunos de ellos se resumen en el cuadro 4-1. • Filamentos de queratina. Son el grupo de filamentos intermedios más diverso, se han descrito 50 isotipos diferentes. Son las principales proteínas de las células epiteliales, entre ellas, las células epidérmicas, los hepatocitos y las células acinares pancreáticas. Los haces de queratina forman una red que rodea al núcleo y se dispersa en el citoplasma, muchos de estos filamentos terminan en las placas de los desmosomas y hemidesmosomas que ayudan a fijar las uniones celulares, y de la célula con su sustrato. La presencia de estos filamentos puede ser evidente en el estrato escamoso de la piel donde éstos y las uniones celulares son abundantes. • Láminas nucleares. Se han descrito tres tipos principales: las láminas AC, B1 y B2. Se encuentran en todas las células nucleadas y forman una malla fibrosa en el núcleo, que se adosa a la membrana nuclear interna, pero también hay filamentos de láminas en el nucleoplasma, forman parte importante del nucleoesqueleto y llevan a cabo funciones vitales para la célula, por ejemplo, brindan estructura al núcleo y permiten que resista fuerzas de tensión y presión sin romperse,

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Histología y biología celular

anclan proteínas de la membrana nuclear, participan en la transducción de señales, ayudan a formar la heterocromatina al anclar a la cromatina a la membrana nuclear interna y participan en la expresión génica ya que al desasociarse de la cromatina ésta se convierte en eucromatina y, en su forma laxa, se favorece la expresión de los genes. Mutaciones en la lámina AC producen diferentes patologías que en conjunto se han llamado laminopatías; se han descrito numerosas laminopatías, entre las cuales se incluyen distrofias musculares, lipodistrofias, dermopatías, progerias como la de Hutchinson-Gilford, cáncer, entre muchas otras. • Neurofilamentos. El citoplasma de las neuronas contiene filamentos intermedios que en estas células se les llama neurofilamentos, los cuales se distribuyen en paralelo con el axón. Los neurofilamentos están formados por tres proteínas diferentes; la NF-L, NF-H y NF-M. La agregación de estas proteínas se observa en diferentes trastornos neurodegenerativos como la enfermedad de Alzheimer y la enfermedad de Parkinson, los agregados proteicos bloquean el transporte axónico, lo cual ocasiona la muerte neuronal. • Otros filamentos intermedios. La vimentina es un filamento intermedio presente en las células mesenquimatosas. Por otro lado, la desmina es característica de las células musculares, la proteína ácida fibrilar glial (GFAP, del inglés glial fibrillary acidic protein), se expresa en los astrocitos y otras células de la neuroglia. Existen diversas enfermedades asociadas con los filamentos intermedios como ya se ha mencionado. Otras patologías incluyen a la epidermólisis ampollar simple, la cual es resultado de mutaciones en los genes de las queratinas 5 y 14. Esta enfermedad se caracteriza por ampollas cutáneas tras un traumatismo menor. Algunas alteraciones en las queratinas también producen hiperqueratosis epidermolítica y queratodermia epidermolítica palmoplantar.

Microtúbulos Los microtúbulos son tubos huecos y rígidos de 25 nm de diámetro, constituidos por heterodímeros de subunidades α y β-tubulina. Estos heterodímeros se asocian para formar cada uno de los 13 protofilamentos que constituyen a un microtúbulo. Los microtúbulos se forman y crecen a partir de un centro organizador de microtúbulos (MTOC, del inglés microtubule-organizing center), el centrosoma, un organelo no membranoso que será descrito más adelante. En el centrosoma otra isoforma de tubulina, la γ tubulina constituye un complejo llamado complejo anular de γ tubulina (γ-TuRC, del inglés gamma tubulin ring complex), que actúa como molde a partir del cual se forman estos protofilamentos (figura 4-14, C). Los microtúbulos son estructuras muy dinámicas, se acortan y crecen con gran rapidez respondiendo a las demandas de la célula. Al igual que los microfilamentos, los microtúbulos tienen polaridad, es decir, un extremo negativo, de crecimiento lento y que se asocia al centrosoma, y un extremo positivo, de crecimiento rápido y que se dirige hacia el citosol. La dinámica de polimerización y despolimerización de los microtúbulos, llamada inestabilidad dinámica depende de GTP y Mg2+, esta molécula se asocia con la β-tubulina, y cuando se encuentra en esta forma se favorece el crecimiento del microtúbulo, sin embargo, cuando el GTP se hidroliza produce un cambio de conformación en el heterodímero que evita que exista un adecuado ensamble entre ellos, como no se acoplan de forma correcta, el microtúbulo se desestructura y se despolimeriza, como resultado el microtúbulo se acorta. Diversas proteínas participan también en la dinámica de los microtúbulos, estas proteínas se llaman proteínas asociadas a los microtúbulos (MAP, del inglés microtubule-associated proteins). Estas proteínas tienen un sitio de unión a los microtúbulos, algunas MAP se asocian con los microtúbulos formando un puente entre ellos, manteniéndolos alineados, otras incrementan la estabilidad de los microtúbulos y promueven su ensamble. Algunas MAP

Cuadro 4-1 Tipos de filamentos intermedios y su distribución en las células

Tipo de filamento I y II

Proteína que forma

Distribución en la célula

Tipo celular que lo presenta

Citoqueratinas ácidas y básicas

Citoplasma

Células epiteliales

III

Vimentina

Citoplasma

Células de origen mesenquimático

III

Desmina

Citoplasma

Células musculares

III

GFAP

Citoplasma

Células neurogliales

IV

Neurofilamentos L, M y H

Citoplasma

Neuronas

IV

Nestina

Citoplasma

Heterogéneas

V

Láminas nucleares Tipo: A/C

Núcleo: envoltura nuclear y nucleoplasma

Células diferenciadas

Tipos: B1 y B2

Todas las células nucleadas

Capítulo 4

importantes funcionan como motores moleculares, éstas son la dineína y la cinesina, estas moléculas ayudan a transportar vesículas y organelos usando a los microtúbulos como rieles, se desplazan sobre ellos y transportan sus proteínas, vesículas u organelos a diferentes destinos, la dineína hacia el extremo negativo de los microtúbulos y la cinesina al extremo positivo. Los microtúbulos además del esqueleto celular que forman durante la interfase, son parte de muchas estructuras como el huso mitótico, los axonemas y los cuerpos basales de los cilios y flagelos. Sus funciones son diversas y se describen a continuación: • Mantienen la forma de las células y permiten los cambios morfológicos durante la diferenciación. • Mantienen la organización interna de las células. • Brindan a las células soporte mecánico. • Participan en la transducción de señales. • Participan en el transporte intracelular de vesículas y organelos mediante proteínas motoras. • Mantienen la estructura y el movimiento de cilios y flagelos. • Son la estructura de los centriolos. • Forman el huso mitótico y permiten el movimiento de los cromosomas durante la división celular. Debido a esta última característica, los microtúbulos se consideran desde hace muchos años un blanco efectivo de antineoplásicos, como los derivados del taxol, de los alcaloides de la Vinca y la colchicina, que tienen sitios específicos de unión a las tubulinas que conforman los microtúbulos y los desestabilizan. Las alteraciones producidas en el huso mitótico, producen un bloqueo en la metafase ya que el punto de control de esta fase de la mitosis censa el daño, y la célula muere por apoptosis. Los diversos filamentos del citoesqueleto no pueden ser observados por microscopía de luz pero pueden identificarse fácilmente mediante microscopía electrónica de

A

■ La célula: su estructura y función

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transmisión y evidenciarse empleando técnicas de inmunodetección.

Centrosoma Es un organelo no membranoso formado por un par de centriolos y la matriz pericentriolar (PCM, del inglés pericentriolar matrix). Se encuentra cerca del núcleo en una célula interfásica y formando los polos del huso en una célula en mitosis. Dado que el centro organizador de los microtúbulos (MTOC, del inglés microtubule organizator center) se encuentra inmerso en la PCM de este organelo, el centrosoma determina el origen de crecimiento de los microtúbulos y participa en las funciones que éstos llevan a cabo. Las células en interfase presentan un centrosoma, sin embargo, al entrar en la fase M este organelo se duplica y divide para formar los polos de huso mitótico. Alteraciones en la división de este organelo producen aneuploidias en las células en división, lo cual se asocia al desarrollo de procesos neoplásicos. El centrosoma no puede ser observado mediante microscopía óptica, sin embargo, puede evidenciarse mediante inmunofluorescencia si se emplean marcadores específicos como anticuerpos antigammatubulina, en tal caso, en una célula en mitosis se observarán claramente dos focos a partir de los cuales crecen los microtúbulos que forman el huso mitótico.

Especializaciones de la superficie celular El citoesqueleto forma diferentes especializaciones de membrana que son células específicas y ayudan a realizar algunas de las funciones de ciertas células.

Cilios Son estructuras filiformes movibles de 7 a 10 μm de longitud que se encuentran en la superficie apical de las células en algunos epitelios como el respiratorio y el del oviducto, donde mediante oscilaciones rítmicas ayudan a mantener

B

Figura 4-15. Estructura de los cilios. Fotomicrografía electrónica de epitelio respiratorio. Se observa en A una imagen de microscopía electrónica de barrido, la estructura de los cilios que conforman a las células del epitelio respiratorio indicados con flechas. En B la misma imagen que muestra ahora la ultraestructura de los cilios indicados con flechas, que al hacer un corte transversal se observa el axonema que conforma estas estructuras.

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Histología y biología celular

la superficie del epitelio respiratorio limpia de moco y otras sustancias, y en el caso del oviducto a transportar los embriones hacia el útero (figura 4-15, A y B). Los cilios están formados por una estructura central llamada axonema, conformada por microtúbulos dispuestos en una organización 9 + 2, es decir un par de microtúbulos ubicados en la porción central, rodeados de manera uniforme por nueve pares de microtúbulos periféricos de los cuales uno es incompleto, esta estructura se ancla a las células por un cuerpo basal. El movimiento de los cilios se basa en la acción conjunta de microtúbulos y una proteína motora denominada dineína-ATPasa que emplea la energía de la hidrólisis de ATP para impulsar el deslizamiento de los microtúbulos periféricos uno sobre otro, mientras se anclan al par de microtúbulos central para estabilizar el movimiento (figura 4-16). Alteraciones en los componentes de los cilios como en las tubulinas o en la dineínaATPasa conllevan a la discinesia ciliar, la cual tiene consecuencias importantes en el tracto respiratorio como infecciones recurrentes.

por filamentos de actina enlazados en forma transversal por villina en la parte apical de la microvellosidad y por fimbrina a lo largo de los microfilamentos. A diferencia de los cilios y flagelos no son estructuras móviles, su función es aumentar la superficie de absorción o intercambio, debido a ello es factible encontrarlas en el intestino delgado y en los túbulos renales.

Flagelos

Ribosomas

Se trata de apéndices filiformes alargados basados en microtúbulos que se encuentran presentes en los espermatozoides y permiten su movimiento. Su estructura básica es la misma que presentan los cilios, sin embargo, a diferencia de éstos, los flagelos presentan un movimiento ondulatorio.

Son los organelos celulares más numerosos. No están rodeados por una membrana; están constituidos por dos subunidades, cada una de las cuales está formada por un complejo de RNA ribosómico y proteínas. Los ribosomas sintetizan a las proteínas citosólicas, que se pueden clasificar en: a) proteínas destinadas a permanecer en el citoplasma (p. ej., enzimas glucolíticas o proteínas del citoesqueleto); b) proteínas periféricas de la superficie interna de la membrana plasmática (p. ej., espectrina o anquirina), y c) proteínas que se encuentran en otros organelos como en las mitocondrias o el núcleo.

Microvellosidades Son proyecciones citoplásmicas digitaliformes presentes en la superficie apical de las células; tales estructuras rígidas miden entre 0.6 a 0.8 μm de longitud. Están formadas

Estereocilios Al igual que las microvellosidades, los estereocilios son prolongaciones de la membrana plasmática formados por filamentos de actina, no son estructuras móviles. A diferencia de las microvellosidades, los estereocilios son estructuras más largas que se encuentran sólo en el epidídimo donde permiten incrementar la superficie de absorción y en las células piliformes sensoriales de la cóclea en el oído interno donde intervienen en la transmisión de señales, el desplazamiento de los estereocilios por estímulos mecánicos, genera impulsos nerviosos que se perciben como sonidos.

Membrana plasmática

Dineína Nexina Par central Cabeza de rayo radial

Microtúbulo B Vaina central

Microtúbulo A

Doblete de microtúbulos A

B

Figura 4-16. Estructura del axonema. Se observa la ultraestructura de los axonemas (A) y su conformación 9 + 2. En el esquema están representadas otras proteínas que conforman esta estructura (B).

Capítulo 4

En este último grupo, las proteínas se sintetizan en el citoplasma y luego se importan totalmente formadas al organelo apropiado. Gracias a que están formados en buena parte por rRNA, presentan con tinción convencional (hematoxilinaeosina), una fuerte basofilia.

Proteosomas Los proteosomas son organelos compuestos de complejos con múltiples subunidades proteicas, que funcionan como unidades que degradan proteínas (proteasas) (figura 4-11). La célula mantiene un control sobre la proteólisis citoplasmática, debido a que es necesaria para bloquear una respuesta metabólica, como también para reemplazar a las proteínas dañadas o mal sintetizadas y para activar la reacción inmunitaria al segmentar proteínas antigénicas para la presentación a los linfocitos. El proceso de proteólisis requiere del reconocimiento de la proteína que va a degradarse, este paso incluye la ubiquitinación, en la cual la proteína ubiquitina se une a un residuo de lisina. Una vez que es marcada la proteína pasa al proteosoma donde es degradada.

Inclusiones citoplásmicas y pigmentos Son componentes de las células que consisten en productos accesorios metabólicos, formas de depósito de nutrientes, cristales y pigmentos. Las inclusiones citoplásmicas pueden ser naturales cuando son producidas por la célula como resultado de la actividad metabólica, o bien artificiales cuando son adquiridas de manera exógena. En las células las sustancias pueden acumularse a manera de reserva formando inclusiones como: • Glucógeno. Es la forma de depósito de la glucosa en los animales. Al microscopio electrónico se observa en forma de racimos dispersos en el citoplasma principalmente en hepatocitos y en células musculares, donde éste es muy abundante (figura 4-17). • Lípidos. Son la forma de depósito de los triglicéridos, los cuales se observan como gotitas en el citoplasma cuyo tamaño varía entre 1 hasta 100 μm. Esta inclusión no sólo se encuentra en las células especializadas como los adipocitos sino también en diversos tipos celulares como los hepatocitos. Los solventes empleados en la técnica histológica disuelven los lípidos dejando un espacio vacío en donde éstos se encontraban, por lo que en preparaciones histológicas se observa una imagen negativa de estas inclusiones. Sin embargo, el uso de algunas técnicas de tinción específicas como el Sudán negro, Sudán III, Sudán IV, rojo oleoso y el osmio (empleado en microscopía electrónica) permiten identificarlos con claridad. Otro tipo de inclusiones son los pigmentos, los cuales son sustancias con color propio, entre ellos se encuentran:

■ La célula: su estructura y función

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• Melanina. Es el pigmento más común elaborado por los melanocitos de la piel y el pelo, las células de pigmento de la retina y las neuronas de la sustancia negra en el cerebro. Tiene una función de protección de los rayos UV en el caso de la piel y favorecen la visión en la retina (figura 4-17). • Hemoglobina. Junto con la melanina es el pigmento más común, es una proteína que se encuentra en el citoplasma de los eritrocitos y se encarga del transporte del O2. Cuando se metaboliza se transforma en otro pigmento llamado hemosiderina (figura 4-17). Las inclusiones también pueden ser una forma de desecho, en este caso se encuentran: • Lipofuscina. Es un pigmento amarillo pardo presente en células de vida prolongada como las neuronas del sistema nervioso central y las células del músculo cardiaco. Se cree que representan los remanentes no digeribles de la actividad lisosómica (figura 4-17). • Bilirrubina. Es un producto de la degradación del grupo hemo. Cuando se deposita en los tejidos les proporciona un color amarillento que clínicamente se conoce como ictericia. Algunas células presentan cristales que se presume que corresponden a formas cristalinas de algunas proteínas. La función de estas inclusiones se desconoce pero son muy características de algunas células testiculares como las de Sertoli que presentan cristales de Charcot-Bôttcher y las células de Leydig que exhiben en su citoplasma cristales de Reinke distinguibles mediante microscopía electrónica de transmisión. El eosinófilo es otra célula que se identifica por sus cristales. Es característico ver en su citoplasma unos gránulos con un centro cristalino que se forma por la proteína básica mayor, la catiónica y la neurotoxina derivada de los eosinófilos. En el capítulo 6 se analizan las funciones de estos cristales con más detalle (figura 4-17). En las células endoteliales de las arterias se reporta la presencia de los cuerpos de Weibel-Palade, que corresponden a una glucoproteína que facilita la agregación de las plaquetas, cuando se lesiona el endotelio.

Ciclo celular Renovación celular Las células de un organismo pueden clasificarse de acuerdo con su índice mitótico, en: estáticas, estables, o renovables. • Poblaciones celulares estáticas. Se refiere a aquellas poblaciones celulares que salen del ciclo celular a la fase G0 y no se dividen más, como las neuronas del sistema nervioso central, los cardiomiocitos, o las células musculoesqueléticas. Sin embargo, aunque

68

Histología y biología celular

A

C

M

B

D

Figura 4-17. Inclusiones y pigmentos. Se muestran mediante microscopía de luz diferentes ejemplos de células que presentan inclusiones y pigmentos. A) Eritrocitos con el pigmento hemoglobina que los muestra rojos se marcan con cruces. En esta imagen también se observa al centro un eosinófilo que contiene algunos cristales en sus gránulos rojos. B) Los miocardiocitos almacenan lipofuscina, un pigmento de desgaste que se observa en rojo y se marca con una flecha. C) Los macrófagos fagocitan una gran cantidad de tóxicos, entre ellos el carbón, sin embargo, éste no puede ser degradado y permanece en su citoplasma como se observa en esta imagen. D) Las neuronas de mesencéfalo que se caracterizan por la presencia de neuromelanina se marca con (M), la neurona que presenta gránulos en su soma de neuromelanina, abajo se muestra una neurona sin neuromelanina.

son poblaciones que no suelen dividirse, bajo ciertos estímulos algunas de estas células sí llegan a dividirse. • Poblaciones celulares estables. Son aquellas poblaciones celulares que se dividen de manera esporádica y con cierta lentitud para mantener la estructura de los tejidos y órganos. Estas células se dividen ante una agresión, por ejemplo, las células endoteliales, los leiomiocitos y los fibroblastos conforman estas poblaciones. • Poblaciones celulares renovables. Son células que se dividen regularmente, pueden generar dos células hijas que se diferencian o producen dos células hijas que permanecen como madres o precursoras. Las células hijas pueden dividirse una vez o más antes de alcanzar su estado maduro. Las células también pue-

den ser de renovación lenta o rápida. En esta última categoría se incluyen las células sanguíneas, las epiteliales, los fibroblastos dérmicos, etc. Las células de renovación lenta son, por ejemplo, las células musculares lisas de la mayor parte de los órganos, las células epiteliales del cristalino. Las células tienen un ciclo de vida que incluye su nacimiento o formación, diferenciación, cumplimiento de sus funciones y finalmente mueren. El ciclo celular es una secuencia de acontecimientos autorregulados que controla el crecimiento y división de las células y su finalidad es producir dos células idénticas a la célula madre. El ciclo celular se compone de diferentes fases que se clasifican de acuerdo con las actividades de la célula en: 1) interfase

Capítulo 4

que incluye las fases: G1, S y G2, y 2) mitosis o fase M. La interfase es la fase más larga del ciclo celular e incluye todas las actividades metabólicas que realiza la célula para prepararse para dividirse como la formación de una gran cantidad de histonas, DNA polimerasas, tubulinas y otras proteínas que necesitará para la fase M. La fase M incluye: a) la división del material genético en las dos células hijas, y b) la citocinesis o división del citoplasma. Dado que es necesario que se realicen todos los eventos que incluyen el ciclo celular de manera regulada y correcta para obtener células viables, a lo largo de este proceso existen diferentes puntos de control que revisan que los eventos importantes como la síntesis de DNA o el crecimiento de la célula se hayan llevado a cabo de manera correcta; si no es así, estos mecanismos despliegan una serie de señales que mandan a la célula a revisar el daño, si éste es reparable, la célula espera hasta que se haya resarcido el daño, si no lo es, la célula enciende los mecanismos de muerte celular por apoptosis. De tal forma que los puntos de control verifican y modulan la progresión de las células a través del ciclo celular en respuesta a las señales intracelulares o del medio en el que se encuentren.

Interfase Fase G1 Es la primera fase del ciclo celular, durante ésta la célula aumenta su volumen, sintetiza RNA y con ello todas las proteínas necesarias para la síntesis de DNA, como histonas, DNA polimerasas, proteínas no histónicas, etc. Es una fase que transcurre entre una mitosis anterior y una fase de duplicación del DNA. Como la célula acaba de salir de una división celular necesita restaurar su volumen y lo hace en esta fase, sintetizando proteínas a todos sus componentes. Además se restablecen los nucleolos e inicia la fase de duplicación del centrosoma, un organelo que formará los polos del huso mitótico durante la mitosis. Existen en esta fase dos puntos de control, el primero es muy importante ya que censa el potencial replicativo de una célula, revisa si la célula se encuentra lista para poder entrar en el ciclo, en este punto se examina que el volumen celular, los procesos fisiológicos que lleva a cabo la célula y su relación con la matriz extracelular sean adecuados. Por otro lado, el segundo punto de control o punto de control de daño al DNA censa, como su nombre lo indica, la integridad del DNA. Si existe algún daño en el material genético se elevan las concentraciones del guardián del genoma la proteína P53, el punto de control censa las concentraciones elevadas de esta proteína y se produce un paro en la entrada a la fase S, si el daño es irreparable la célula muere por apoptosis para no generar células dañadas. Sin embargo, no todas las células se dividen constantemente, aquellas que salen del ciclo celular para ya no dividirse más y diferenciarse de manera terminal como las neuronas y los cardiomiocitos se dice que entran en la fase G0.

■ La célula: su estructura y función

69

Fase S La fase que sigue a la G1 es la S, en la cual se lleva a cabo la síntesis del DNA, de ahí su nombre, esta fase dura de 7 a 10 horas. Durante este periodo la célula duplica el material genético que durante la fase M se segregará entre las células hijas. Cada cromosoma se duplica y queda formado por dos cromátides hermanas idénticas que llevan la misma información genética. Al término de esta fase de duplicación del DNA la célula que tenía inicialmente 23 pares de cromosomas (2n), finaliza con 46 pares de cromosomas (4n) (23 para cada célula hija). El punto de control de daño al DNA en esta ocasión verifica que se haya llevado a cabo correctamente la duplicación del ácido desoxirribonucleico, lo cual es un punto crucial para continuar el ciclo.

Fase G2 Durante esta fase la célula se prepara para dividirse, la cual continúa creciendo, se sintetizan RNA y proteínas importantes para la segregación del material genético como las tubulinas que conforman a los microtúbulos, proteínas motoras, etc. Además se reorganizan los organelos en el citoplasma y el centrosoma ha terminado también su división, por lo que ahora hay dos, cada uno forma uno de los dos polos del huso, el cual está listo para unirse a los cromosomas y dirigir su segregación. Esta fase tiene una duración de 3 a 4 horas y termina cuando empieza a condensarse el material genético en el núcleo, lo cual marca el inicio de la mitosis. El paso de una fase a otra del ciclo celular es regulado mediante proteínas que se sintetizan y degradan de forma cíclica durante este proceso, llamadas ciclinas, estas proteínas son reguladas de manera específica por diversas cinasas. Estos complejos proteicos ciclina/cinasa pueden impulsar a que la célula entre en el ciclo y pase de una fase a otra, salga de éste o bien se detenga. Existen diversos complejos y cada uno regula la entrada o salida de fases específicas, por ejemplo: • Ciclina D-Cinasa Cdc 4/6: regula la progresión de la fase G1. • Ciclina E-Cinasa Cdc 2: permite la entrada a la fase S. • Ciclina A-Cinasa Cdc 2: regula la progresión de la fase S. • Ciclina A-Cinasa Cdc 1: permite el paso de la fase S a la fase G2 y la entrada a la fase M. • Ciclina B-Cinasa Cdc 1: favorece la salida de la interfase y la entrada a la mitosis.

Mitosis La mitosis es el proceso por el cual se generan nuevas células a partir de una célula madre, fue descrita por primera vez en 1880 por el biólogo alemán W. Flemming quien acuñó el término “mitosis” que proviene de la palabra griega mitos que significa “hebra” y la empleó para

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Histología y biología celular

reflejar la forma en la cual se observan los cromosomas de las células justo antes de la división. Mediante la mitosis se generan nuevas células, células idénticas a la célula madre que contienen el mismo contenido genético. La finalidad de este proceso es mantener la estructura de los tejidos, renovar las poblaciones celulares, reparar tejidos, etcétera. La mitosis es la fase de división del material genético y dura aproximadamente una hora en las células de los mamíferos. Involucra dos fases: 1) la cariocinesis o la división del núcleo y con ello la segregación del DNA en las dos celulas hijas, y 2) la citocinesis o la división del citoplasma. Aunque estrictamente la mitosis sólo se refiere a la cariocinesis y la citocinesis es una fase que sigue a la mitosis, algunos autores la refieren dentro de la mitosis. En esta fase hay dos puntos de control importantes, el punto de control del huso mitótico que impide la entrada prematura a la anafase, y el punto de control de la segregación de los cromosomas el cual impide que los cromosomas se dividan hasta que se encuentren alineados de manera correcta en la placa metafásica. La mitosis como ya se mencionó sigue a la fase G2 de la interfase y se divide en cuatro fases que se caracterizan por actividades particulares de la célula: 1) profase, 2) metafase, 3) anafase y 4) telofase. Al término de la mitosis (división del DNA) continúa la citocinesis (división del citoplasma). Las fases de la mitosis y la citocinesis se describen a continuación y se observan en la figura 4-18. • Profase. Esta fase inicia cuando los cromosomas se compactan y se hacen visibles al microscopio de luz. Conforme esto sucede se aprecia la estructura de los cromosomas mitóticos, los cuales se conforman por dos cromátides hermanas (que contienen la misma información genética) unidas al centro por un complejo proteico llamado centrómero. El centrómero se asocia al DNA satélite, el DNA de secuencias repetitivas no codificante que es similar en todos los cromosomas y que es un DNA estructural. Algunas de las proteínas que permiten esta compactación son las condensinas. Otras llamadas cohesinas permiten la unión de las cromátides hermanas en el cinetocoro y a lo largo de las cromátides (figura 4-18, A). • Prometafase. Es una fase intermedia, entre la profase y la metafase, en la cual a la par que se forman los cromosomas mitóticos, se disuelven los nucleolos. Otro de los eventos que caracteriza a esta fase es la disolución de la envoltura nuclear, lo cual se favorece por la fosforilación de las láminas nucleares, las cuales estructuran al núcleo. Esta señal de fosforilación permite que las láminas nucleares se desensamblen y la envoltura nuclear se disuelva en diversas vesículas que permanecen en el citoplasma hasta la reestructuración de la envoltura nuclear, y más adelante en la telofase. Este evento deja a los cromosomas total-

mente descubiertos, listos para hacer contacto con los microtúbulos del huso mitótico. • Metafase. Los microtúbulos del huso mitótico que han hecho contacto con los cinetocoros a cada lado de los cromosomas empiezan a moverse de un lado al otro del huso mitótico acortándose y alargándose con rapidez buscando el plano medio de la célula o de la placa metafásica. El huso mitótico se conforma por dos polos del huso, uno a cada lado de la célula, que corresponden a los centrosomas que se dividieron durante la interfase, y a tres tipos de microtúbulos que se anclan a cada centrosoma o polo del huso: 1) los microtúbulos astrales, que son cortos y se forman alrededor del centrosoma para dar estabilidad al huso; 2) los microtúbulos polares, éstos se forman a la periferia del huso y permiten alargar el huso mitótico para empujar los polos del huso, y alejar a los cromosomas del plano medio y favorecer la separación, y 3) los microtúbulos cinetocóricos, que se asocian a cada lado de los cromosomas mediante su cinetocoro y jalan a los cromosomas hacia los polos opuestos del huso. Los movimientos de los cromosomas a través de los microtúbulos son posibles gracias a la dinámica de polimerización y de despolimerización de los microtúbulos y a la acción de proteínas motoras que dirigen el movimiento de los cromosomas y que estabilizan a los microtúbulos. La metafase concluye cuando los cromosomas han quedado alineados sobre la placa metafásica. En esta fase el punto de control de la metafase revisa que todos los cromosomas se encuentren alineados y unidos en cada cromátide a los microtúbulos del huso, de lo contrario, existe un paro en metafase, hasta que cada cromosoma se asocie con los microtúbulos del huso, si esto no sucede, la célula muere por apoptosis, de no ser así se generarían células aneuploides (con diferente número cromosómico, un cromosoma extra o uno menos) con capacidad de tornarse malignas (figura 4-18, B). • Anafase. Durante la anafase los cromosomas se separan y cada cromátide hermana se dirige hacia uno de los polos. Las cohesinas que mantenían unidos a los cromosomas por el cinetocoro y a lo largo de sus brazos, se inactivan y las cromátides de cada cromosoma se separan, iniciando por los brazos hasta quedar sólo unidas por los cinetocoros, finalmente en este punto también se separan. El acortamiento de los microtúbulos cinetocóricos hacia los polos permite junto con proteínas motoras como la dineína que los cromosomas se acerquen hacia cada polo del huso, estos movimientos en conjunto con el crecimiento de los microtúbulos astrales y polares permiten la segregación total de los cromosomas. Es muy importante durante todo el proceso del movimiento de los cromosomas (prometafase-anafase) la participación de los motores moleculares como la dineína y la cinesina. La ana-

Capítulo 4

■ La célula: su estructura y función

71

A

B

C

D

Figura 4-18. Mitosis. Las fases de las mitosis se resumen en esta figura. Se observan cortes de raíz de lirio con la tinción de Feulgen. El DNA se observa en magenta. A) Profase. Se observan los cromosomas como fibras rosadas en el núcleo, en el esquema la representación de los cromosomas. B) Metafase. Se observan los cromosomas alineados en la placa metafásica. C) Anafase, se observa la belleza de los cromosomas cerca de los polos del huso, si centra su atención observará las fibras del huso mitótico formadas por cientos de microtúbulos jalando a los cromosomas. (D) Telofase. Se muestran células con dos núcleos, se ha dividido el material genético y se ha formado la envoltura nuclear.

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Histología y biología celular

fase termina cuando las cromátides hermanas se encuentran a cada lado de la célula. En esta fase se empieza a formar en el citoplasma un surco de segmentación que más adelante permitirá la división de las dos células hijas (figura 4-18, C). • Telofase. Esta fase se caracteriza por la reconstitución de la envoltura nuclear alrededor de los cromosomas en cada polo. Los cromosomas se descondensan y se forman la eucromatina y la heterocromatina como en un núcleo interfásico, se restablece el nucleolo y el surco de segmentación se acentúa. La célula está lista para dividir su citoplasma (figura 4-18, D). • Citocinesis. Comienza con la formación de un surco de segmentación en la membrana plasmática (visible desde la anafase), equidistante a cada polo del huso mitótico. La separación por este surco se lleva a cabo por un anillo contráctil formado por filamentos de actina y miosina tipo II que forman una malla debajo de la membrana plasmática, la contracción de este anillo permite que la célula se estreche y se estrangule en el centro, hasta quedar las dos células hijas separadas. El anillo contráctil funciona a manera de las asas de las bolsas contenedoras, las cuales al ser jaladas permiten que la bolsa se cierre.

la formación de burbujas (blebs) en la membrana en las que se empaqueta el material celular para facilitar su fagocitosis. El movimiento transmembranoso de fosfatidiletanolamina, principalmente en las burbujas, favorece el rearreglo de la actina en estas zonas (figuras 4-19 y 4-20).

Necrosis Otro fenómeno de muerte celular es la necrosis, que a diferencia de la apoptosis, es pasivo y no está regulado; por lo general, resulta de una agresión a la célula que produce una súbita falla en el metabolismo celular, disregulación del flujo de calcio intracelular, formación de especies

*

Como resultado de la mitosis se tienen dos células hijas con igual contenido genético.

Muerte celular Se consideraba que la muerte celular programada y la apoptosis eran un único evento. Actualmente se identifican otras formas de muerte celular, que se resumen a continuación.

A

Apoptosis La apoptosis o muerte celular programa tipo I, es una variante de lo que en el pasado se consideraba un solo evento, la muerte celular programada, permite modificaciones durante el desarrollo, y es una manera de mantener la multicelularidad de los organismos pluricelulares. Es el principal mecanismo genéticamente regulado por el cual mueren las células, tanto en condiciones normales como en las patológicas. En este caso no hay inflamación. Este mecanismo se activa por una vía extrínseca que requiere un receptor, y otro intrínseco que se inicia en la mitocondria. Por ambas vías se activa un sistema de proteasas de cisteína y ácido aspártico que se conocen como caspasas. Estas proteínas cortan diversas proteínas, entre ellas a las del citoesqueleto. Lo que define a la apoptosis es que la célula se encoge, la cromatina se condensa, el núcleo se fragmenta y ocurren cambios en la membrana, como la exposición de residuos de fosfatidilserina, que le indican a las células macrofágicas, que la célula debe ser fagocitada. Además, otro cambio morfológico que ocurre en este fenómeno es

B

Figura 4-19. Muerte celular. A) En la micrografía se aprecian tres neuronas necróticas indicadas con flechas; con un asterisco (*) se marca la estructura de una neurona normal. B) Se muestra una célula apoptótica con la cromatina condensada (flecha).

Capítulo 4

■ La célula: su estructura y función

Necrosis

Rotura de membrana y tumefacción

Desintegración e inflamación

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Apoptosis

Disminución de volumen celular

Vesiculación de la membrana, formación de cuerpos apoptóticos

Figura 4-20. Esquema de la muerte celular. Se resumen los eventos que caracterizan a la apoptosis y necrosis; también se hacen notar las diferencias en los procesos.

reactivas de oxígeno y la activación de proteasas. En este caso hay edema y la formación de grumos de cromatina. También se forman burbujas, pero en ellas se pierde la continuidad de la membrana celular. La pérdida de los mecanismos que regulan el equilibrio iónico en la célula permite que la célula se hinche y se desintegre, liberando su contenido al entorno, incluyendo enzimas proteolíticas que favorecerán el inicio de un proceso inflamatorio (figuras 4-19 y 4-20).

Autofagia Recientemente se ha considerado a la autofagia como una forma de muerte celular programada, que controla la degradación de los componentes sobrantes de la célula en situaciones de adaptación a la disminución en la cantidad de nutrientes y para permitir las funciones mínimas de mantenimiento (housekeeping), y uno de esos mecanismos lo hace por vía de la ubiquitación, vía proteosoma, que incluye tanto a las moléculas de larga vida como aquellas de corta en la célula eucariota. La autofagia se encarga de eliminar y reciclar constituyentes del citoplasma, incluidos organelos completos. Esta vía puede ser mediada por “chaperonas” o la microautofagia y macroautofagia. En esta variante de muerte celular, conocida también como muerte celular programada tipo II, se preserva a

los componentes del citoesqueleto, comparado con la apoptosis.

Catástrofe mitótica Entre estas variantes de muerte celular programada también se considera a la catástrofe mitótica, que parece estar relacionada con la activación anormal de la ciclina B/Cdk 1, la que desencadena la muerte. Esta forma de muerte se debe a la permeabilización de la membrana mitocondrial, que permite la liberación de los efectores para que la muerte se desencadene.

Senescencia celular La senescencia se caracteriza por el acortamiento de los telómeros, que son las secuencias repetitivas que protegen el final de los cromosomas. En cada división celular esta sección se acorta hasta llegar a un límite que lleva a la célula al arresto del ciclo celular. Esta forma de muerte está regulada por los genes p53 y retinoblastoma (Rb). Hay datos que sugieren que esta forma de muerte es una manera de proteger a la célula de daño al DNA. Se ha visto en células tratadas con ciertos agentes que se utilizan para tratamiento del cáncer, y comparte ciertas características con la apoptosis.

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Histología y biología celular

Correlación clínica De Robertis (h), Hib-Ponzio. Biología Celular y Molecular. 15a.

La mitocondria se altera en varias patologías, y en el caso de mutaciones en las proteínas que determinan la fisión el resultado puede ser letal. Una mutación en la proteína DLP1 la cual se identificó en un producto femenino que sólo vivió un mes y en ella se detectaron alteraciones en la fisión mitocondrial que se compartían con los peroxisomas. Se encontró también microcefalia así como atrofia e hipoplasia óptica. No es raro encontrar alteraciones mitocondriales en enfermedades como Parkinson o Alzheimer o en la corea de Huntington. Los cambios que se han referido son: rotura, edema, megamitocondrias, pérdida de crestas, cuerpos densos, por mencionar algunos cambios.

Las únicas células que no tienen mitocondrias son los eritrocitos y las amibas.

Los filamentos intermedios se emplean como marcadores de cáncer.

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Capítulo

5

Tejidos Vianey Rodríguez Lara • Paul Carrillo Mora • Laura Colín Barenque Diana G. Esperón Cortés • Teresa I. Fortoul van der Goes Adriana E. González Villalva • Nelly López Valdez • Liliana Salazar Monsalve

Introducción

Epitelio

Cuando estuvo disponible la posibilidad de observar secciones de estructuras en el microscopio de campo claro, llamó la atención que ciertas estructuras seguían patrones organizados de células. Cuando estas células se asociaban con una determinada finalidad se le llamó tejidos. Cabe definir a un tejido como: conjunto organizado de células que funcionan de manera colectiva. Además, estas células organizadas se comunican entre ellas a través de las uniones intercelulares, y de acuerdo con las necesidades funcionales del tejido modifican su estructura formando lo que se conoce como especializaciones de membrana. Se considera que hay cuatro tejidos básicos tomando como antecedentes los patrones de organización, su origen embriológico y su fisiología. Se les considera básicos porque en mayor o menor cantidad se les identifica en los órganos.

Generalidades Los epitelios son tejidos conformados por células que presentan características estructurales comunes, en particular la fuerte cohesión entre ellas, con escasa o nula matriz extracelular; esta íntima relación permite que puedan funcionar como barreras, de ahí que estén presentes tapizando las superficies corporales tanto externa como internamente; se pueden encontrar desde la piel hasta el vaso sanguíneo de menor calibre; de manera adicional forman glándulas y algunas células epiteliales permiten al organismo la comunicación con el ambiente al modificarse como células receptoras especializadas en reconocer estímulos químicos, mecánicos o dolorosos en órganos sensoriales (gusto, olfato, oído, visión).

Características morfofuncionales

• Tejido epitelial. Reviste superficies y cavidades y forma glándulas. • Tejido conjuntivo. Da sustento a los otros tres tejidos tanto en su estructura, como para realizar las funciones especiales de los otros tejidos. • Tejido muscular. Está formado por células contráctiles que participan en el movimiento y el traslado de organismos completos, o de estructuras como las vísceras y los vasos sanguíneos. • Tejido nervioso. Recibe, transmite e integra información del ambiente exterior e interior para controlar las actividades del organismo.

Una característica básica de las células epiteliales tiene que ver con los constituyentes de su citoesqueleto, mismos que les permiten conservar su forma, relacionarse con estructuras vecinas y mantener los organelos en posiciones específicas (polaridad celular). Son tres tipos de filamentos los que interactúan entre ellos para formar el citoesqueleto epitelial: microfilamentos, microtúbulos y filamentos intermedios. Los microfilamentos presentan un diámetro de siete nanómetros, son enlazados a partir de moléculas globulares de actina que se unen para formar la actina filamentosa utilizando ATP. Estos filamentos se anclan a la membrana celular a través de proteínas tipo plectinas y contribuyen a la formación de las uniones celulares laterales; los microtúbulos presentan mayor diámetro (20 nanómetros), se ensamblan a través de moléculas α y β tubulina, las cuales se polimerizan formando protofila-

Cada tejido reúne una serie de características morfológicas y funcionales que permiten su identificación, y que se revisan por separado en este capítulo.

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76

Histología y biología celular

mentos, los cuales finalmente se organizan en grupos de 13 y forman tubos huecos; los filamentos intermedios se agregan en paquetes de diámetro variado, no polarizan y sirven como “andamio” para el citoesqueleto; en las células epiteliales de los vertebrados estos filamentos están conformados por queratinas. Las principales características de los epitelios son: 1. Polaridad morfológica y funcional. Las células epiteliales que conforman los epitelios simples presentan una distribución asimétrica de las organelas citoplasmáticas y la membrana plasmática se encuentra compartimentalizada definiendo dominios morfológicos y bioquímicos para cada función. Esta característica permite la definición de regiones celulares apical, lateral y basal (figura 5-1). 2. Presencia de membrana basal. La superficie basal de los epitelios se encuentra fijada a una capa acelular conformada por glucoproteínas y por proteoglucanos proporcionados tanto por las células epiteliales como por el conjuntivo subyacente. Debido a las características de esta estructura, los epitelios son avasculares, es decir, no presentan vasos sanguíneos y tanto su nutrición como eliminación de productos de desecho se da por procesos de difusión hacia el sistema vascular del conjuntivo subyacente. 3. Desarrollo de uniones intercelulares laterales especializadas. Se establecen mediante los filamentos de citoesqueleto y moléculas de adhesión celular (CAM, del inglés, cell adhesion molecules) (figura 5-1). Son las responsables de la fuerte cohesión celular. Debido a su estratégica ubicación, los epitelios funcionan como interfase entre los distintos compartimientos

Región apical

Región lateral

biológicos; permiten separarlos y regulan el intercambio molecular entre ellos. Por sus características y relación con otros tejidos desempeñan variadas funciones, todas de gran importancia para la integridad del organismo: estas funciones se pueden dividir por conveniencia en protectoras y metabólicas. Entre las funciones asociadas a protección se incluye protección mecánica al roce y fricción, protección a pérdida de fluidos, lo cual evita desecación y protección a invasión por agentes extraños. Entre las funciones metabólicas más importantes se encuentra el transporte iónico; todas las sustancias que entran o salen del cuerpo deben pasar a través de un epitelio, las cuales son controladas por este último. Este transporte implica funciones de absorción y excreción en muchos casos. Las secreciones de las glándulas, tanto exocrinas como endocrinas también pueden ser consideradas dentro de las funciones epiteliales metabólicas. La mayoría de los epitelios se encuentran en continuo reemplazo, teniendo algunos mayor capacidad, por ejemplo, la epidermis o el epitelio de revestimiento gástrico. Esta característica es vital, pues debe existir un equilibrio entre la génesis y la pérdida celular.

Criterios y clasificación de los tejidos epiteliales Para clasificar los epitelios se tienen en cuenta parámetros morfológicos y funcionales; tradicionalmente el parámetro morfológico se basa según las formas que las células adquieren cuando se observan al microscopio, poco se tiene en cuenta la función, por eso puede existir una yuxtaposición entre estas clasificaciones; así existen: • Epitelios de revestimiento. • Epitelios glandulares. • Epitelios sensoriales. Los epitelios sensoriales son altamente especializados y se describen con los órganos de los sentidos. La distinción entre epitelios de revestimiento y secretores no revela ninguna diferencia general. Los epitelios de revestimiento pueden secretar y los epitelios secretores son al mismo tiempo protectores de superficies. La diferencia estriba en el carácter funcional más importante.

Epitelios de revestimiento

Región basal

Figura 5-1. La polaridad en las células epiteliales permite definir regiones: apical, basal, lateral, cada una con características morfofuncionales diferentes.

Al recubrir superficies corporales internas y externas, tales epitelios crean barreras selectivas entre el medio externo y el tejido conjuntivo ubicado debajo de la membrana basal. La clasificación de los tejidos de revestimiento es descriptiva y se basa en tres parámetros: 1. El número de capas que poseen observadas a partir de la membrana basal.

Capítulo 5

2. La morfología o forma de las células más superficiales. 3. El tipo de especialización que puedan presentar en su superficie libre o apical.

Clasificación según número de capas y forma celular Según el número de capas, los epitelios pueden ser de dos tipos: 1. Simples. Formados por una sola hilera de células a partir de la membrana basal. 2. Estratificados o compuestos. Cuando tienen dos o más capas a partir de membrana basal (figura 5-2, B). Según la morfología celular pueden ser:

■ Tejidos

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1. Planos o escamosos. Las células son bajas, alargadas horizontalmente, sólo se engrosan en el sitio donde se encuentra el núcleo. 2. Cúbicos. Las células presentan una distribución homogénea del citoplasma con un ancho, altura y profundidad aproximadamente iguales; el núcleo es redondeado. 3. Cilíndricos o columnares o prismáticos. Las células se observan más altas que anchas y por lo general su núcleo ovalado se encuentra en la ubicación basal (figura 5-2, A).

Epitelios de revestimiento simples Son aquellos que están conformados por una capa de células a partir de la membrana basal. De acuerdo con la forma de la célula, se encuentran: • • • •

Epitelios planos simples. Epitelios cúbicos simples. Epitelios cilíndricos simples. Epitelios seudoestratificados.

Epitelios planos simples

Plano o escamoso

Cúbico

Cilíndrico

A

Son células aplanadas con un grosor promedio de 0.1 micras, tienen escaso citoplasma, con un alto contenido de vimentina en sus filamentos intermedios. Las células de este tipo se ubican en sitios donde se requiera una rápida difusión o transporte de sustancias; por ejemplo, en el revestimiento de los alveolos pulmonares, de los vasos sanguíneos y linfáticos, de las cavidades cardiacas y de las cavidades serosas. En esta clasificación se incluyen la cápsula de los corpúsculos renales (figura 5-3, C) y el revestimiento posterior de la córnea, entre otros lugares. En el revestimiento interno de los vasos sanguíneos toman el nombre de endotelio (figura 5-3, A). En el revestimiento interno de cavidades cerradas del cuerpo, cavidad pleural; la pericárdica y la del tracto gastrointestinal o abdominal reciben el nombre de mesotelio (figura 5-3, B).

Epitelios cúbicos simples

Epitelio simple

Epitelio estratificado o compuesto

B

Figura 5-2. A) Los epitelios de revestimiento se clasifican según el número de capas en simples, cuando a partir de la membrana basal (en amarillo) presentan una sola hilera de células. B) Desde el punto de vista morfológico se describen células epiteliales planas o escamosas cuando presentan escaso citoplasma y el núcleo es alargado en el sentido del corte; cúbicas cuando presentan núcleo redondo y citoplasma semejante a cubo; o cilíndricas o prismáticas, mayor cantidad de citoplasma, célula estrecha y núcleo generalmente basal.

Sus células en realidad no tienen forma de cubos, sino que recibieron ese nombre por el aspecto que daban a los cortes perpendiculares. Se encuentran en riñón (figura 5-4, A), en muchos conductos de las glándulas exocrinas, en la cubierta externa del ovario. Este tejido ofrece como principal característica funcional la protección y en órganos especializados puede contribuir a absorción.

Epitelios cilíndricos simples Al corte perpendicular sus células dan la apariencia de una columna, estrechas pero altas. Dada su altura, presentan abundante citoplasma, con aumento de organelas que les

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Histología y biología celular

A

B

Figura 5-3. A) Epitelio plano simple-endotelio. Fotomicrografía de un pequeño vaso sanguíneo. Note la capa de células epiteliales con núcleos aplanados protruyendo hacia la luz del vaso (flecha). Como estructura este tejido se denomina endotelio. B) Epitelio plano simple-mesotelio. La túnica externa de intestino presenta una cubierta conformada por una hilera de células epiteliales planas (flecha). Por su ubicación y origen embriológico se denominan mesotelio. C) Epitelio plano simple. En la microfotografía se observa un corpúsculo renal. El detalle que su cápsula está conformada por epitelio plano simple (flecha). C

Figura 5-4. Epitelio cúbico simple. Sector de riñón donde se identifican con facilidad estructuras redondeadas (túbulos renales), tapizadas células epiteliales con núcleos redondos (flecha) y citoplasma dispuesto alrededor de ellos en forma homogénea.

permite desempeñar funciones de absorción o secreción, según sea la ubicación del tejido. La posición del núcleo puede ser basal. Se ubica en los conductos colectores de riñón, recubriendo la superficie interna de estómago (figura 5-5). Epitelios cilíndricos simples con especializaciones. Según la función dispuesta para un órgano específico, los epitelios cilíndricos simples pueden desarrollar especializaciones en su región apical, tipo microvellosidades, cilios y estereocilios. Epitelios cilíndricos simples con microvellosidades. Las microvellosidades corresponden a las prolongaciones citoplasmáticas de las células epiteliales a nivel de la región apical o superficie libre de la célula, cada una rodeada por membrana citoplasmática. El diámetro y la longitud de cada microvellosidad no va más allá de 0.21 micras. El interior de cada microvellosidad contiene un haz longitudinal de microfilamentos de actina.

Capítulo 5

■ Tejidos

79

Figura 5-5. Epitelio cilíndrico simple. Microfotografía donde se observa el revestimiento interno del estómago tapizado por células epiteliales altas (flechas), con núcleos cercanos a la membrana basal (flecha gruesa).

Figura 5-7. Epitelio cilíndrico simple ciliado. Preparación de un sector de tuba uterina. Algunas células presentan a nivel luminal prolongaciones cortas, fáciles de identificar (flecha). En esta región son importantes para el transporte del ovocito.

A través de la microscopía de luz se observa un borde refringente a lo largo de la superficie apical, denominado borde en cepillo, el cual corresponde al conjunto de microvellosidades. En condiciones normales pueden localizarse más de mil por cada célula y en el intestino delgado pueden llegar hasta 3 000 por cada célula. Contribuyen a un aumento de superficie de contacto. Se encuentran en células cuya función principal es la absorción. Los revestimientos internos de intestino delgado, intestino grueso y vesícula biliar son ejemplos típicos de ellos (figura 5-6).

Epitelio cilíndrico simple con cilios. Los cilios son prolongaciones móviles que se proyectan desde la superficie libre de algunas células epiteliales. Por medio de movimientos activos, similares al de una ola, son capaces de mover líquidos o moco en una dirección determinada en la superficie apical epitelial. Los cilios miden de 7 a 10 micras de longitud y pueden tener alrededor de la mitad de la longitud de la célula. El revestimiento interno de la tuba uterina y de la vía aérea superior presenta este tipo de especialización (figura 5-7). Epitelio cilíndrico simple con estereocilios. Los estereocilios son microvellosidades extremadamente largas; al microscopio de luz se observan como estructuras finas, semejantes a cabellos, unidas por pequeños penachos. Desde el punto de vista funcional son tejidos absortivos, tapizan las vías espermáticas, por ejemplo epidídimo.

Epitelios seudoestratificados

Figura 5-6. Epitelio cilíndrico simple con microvellosidades. Microfotografía de un sector de intestino delgado. Revistiendo su luz y tapizando las vellosidades intestinales se encuentra este tipo de epitelio; la población celular más numerosa corresponde a células absortivas o enterocitos (células epiteliales cilíndricas con microvellosidades), desempeñan una importante función en la captación de los nutrientes. Note la fuerte acidofilia hacia la región apical (flechas).

Están conformados por una sola capa de células a partir de la membrana basal, sin embargo, debido a que dan la apariencia de varias hileras se les dio este nombre; en él se reconocen células pequeñas, basales con núcleos redondos y células altas cilíndricas, predominan las de morfología cilíndrica; muchos de ellos desarrollan especializaciones apicales, así, se reconocen dos variedades: ciliados y con estereocilios (figura 5-2, A). Epitelios seudoestratificados cilíndricos ciliados. Esta variedad se encuentra en las vías aéreas, parte de cavidad nasal, parte de laringe, tráquea, bronquios, tuba auditiva y saco lacrimal (figura 5-8). Epitelios seudoestratificados cilíndricos con estereocilios. Este tipo de tejido se desarrolla internamente en las vías genitales masculinas, conductillos eferentes, epidídimo, conducto deferente y conducto eyaculador. Presenta células basales pequeñas regeneradoras, células

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Histología y biología celular

función es la protección, aunque pueden ser moderadamente permeables al agua y a otras pequeñas partículas. Su clasificación morfológica se basa en la observación de las células del estrato o la región que se encuentre en relación con la luz del órgano que se está reconociendo, nunca en las capas basales, pues ellas siempre serán con tendencia cúbica. Estas células apicales determinarán por su forma qué tipo de epitelio se observa: plano, cúbico, cilíndrico o transicional.

Epitelio plano estratificado

Figura 5-8. Epitelio cilíndrico seudoestratificado ciliado. Microfotografía de sector de tráquea. Este tejido se observa conformado por celulas de tamaños variados, todas partiendo de la membrana basal, algunas pequeñas, con núcleos redondos, no alcanzan la región apical; otras, con núcleos alargados llegan hasta la región apical; esta organización fue determinante para colocarle el nombre de “falsa estratificación”.

cilíndricas secretoras y otras cilíndricas con largas microvellosidades (figura 5-9).

Epitelios estratificados o compuestos Estos tejidos se caracterizan por presentar dos o más hileras de células a partir de la membrana basal. Se desarrollan en sitios donde la fricción o el desgaste son mayores; el grado y naturaleza de la estratificación están relacionados con la clase de estrés físico al que la superficie esté expuesta; precisamente por su estratificación su principal

Figura 5-9. Epitelio cilíndrico seudoestratificado con estereocilios. Microfotografía del sector de epidídimo, parte de vía conductora genital masculina. El desarrollo de microvellosidades largas es importante en esta región para absorber fluido seminal.

Es un tejido compuesto por un número variable de capas celulares que muestran una transición morfológica de cuboidales cercanas a la membrana basal a planas en las capas superficiales. Las capas basales realizan mitosis y a medida que maduran ascienden a la región apical, donde después de envejecer son desprendidas, de esta forma se reemplazan las células que se dañan casi de manera continua. Existen dos variedades de este tipo de epitelio, dependiendo si reviste o recubre una región anatómica húmeda o seca: estratificado mucoso o sin especialización y estratificado queratinizado o con especialización. Epitelio plano estratificado mucoso o sin especialización. Este epitelio puede encontrarse en regiones húmedas, que si bien están sometidas a desgaste, no sufren por desecación. Se encuentran núcleos celulares en relación con la superficie externa. Se localiza en cavidad oral, esófago, parte del conducto anal, vagina, exocérvix, parte de conjuntiva, porción distal de uretra, vestíbulo de cavidades nasales (figura 5-10).

Figura 5-10. Epitelio plano estratificado mucoso. El esófago (microfotografía) en su región interna está bordeado por un epitelio estratificado (demarcado con línea negra). Las capas de células basales se observan muy definidas con relación al conjuntivo subyacente; observe cómo varía la morfología celular a medida que las células maduran y llegan a la región apical, siempre conservando sus núcleos. La relación entre epitelio y conjuntivo es irregular, evento que facilita los procesos de difusión para la nutrición del tejido avascular (flecha).

Capítulo 5

A

■ Tejidos

81

B

Figura 5-11. Epitelio plano estratificado queratinizado. Conforma el estrato superficial de la piel, la epidermis; a diferencia del epitelio plano estratificado mucoso, en este tejido las capas superficiales celulares pierden sus núcleos, región denominada estrato córneo o capa de queratina (línea negra). Las variaciones en el grosor de la epidermis son dadas principalmente por variaciones en este estrato. En la microfotografía B (piel delgada) se observa un delgado grosor del estrato córneo en tanto que la preparación de la figura A muestra un sector de piel gruesa (palma de la mano) donde se visualiza aumento del grosor de esta región. La relación entre epitelio y conjuntivo es irregular, la flecha negra señala una papila dérmica.

Epitelio plano estratificado queratinizado o con especialización. Este epitelio sólo se encuentra en condiciones normales formando la epidermis, capa superficial de la piel. Para adaptarse a la continua abrasión y desecación a la que la superficie corporal se halla expuesta, sus células epiteliales sintetizan proteínas filamentosas tipo queratinas en un proceso llamado queratinización y, a medida que maduran, van perdiendo organelas hasta que en las capas superficiales sólo se observan láminas aplanadas de queratina (figura 5-11).

Figura 5-12. Epitelio cúbico estratificado. Son pocos los ejemplos de este tipo de tejido; en la microfotografía se observa un sector de dermis y se señala un conducto de una glándula sudorípara.

Epitelio cúbico estratificado Por lo general sólo presenta 2 o 3 capas de células de morfología cúbica. Se puede ubicar a nivel de conductos de las glándulas exocrinas, por ejemplo, glándulas salivales mayores. La función de este epitelio no está completamente aclarada, se asume dada su ubicación que contribuye a la protección y confiere cierto grado de elasticidad (figura 5-12).

Epitelio cilíndrico estratificado Este tipo de tejido no es común en el ser humano. Conformado por dos hileras de células, ambas de morfología cilíndrica. En algunas ocasiones se le encuentra a nivel de uretra peneana o conjuntiva. Epitelio transicional o polimorfo Recibe también el nombre de urotelio. Se ubica de modo exclusivo en las vías urinarias: cálices mayores, pelvis renal, uréter, vejiga y primera porción de uretra, tanto femenina como masculina. En su composición se distinguen tres tipos celulares: células basales, adyacentes a la membrana basal, pequeñas, sirven como precursoras para las otras capas celulares; células intermedias, piriformes y células apicales o en sombrilla, amplias, muchas veces binucleadas. Algunas células de las capas intermedia y apical presentan citoplasmas elongados que parten desde la membrana basal, con características similares a un epitelio seudoestratificado. Estas características morfológicas le permiten al epitelio adaptarse a los cambios cíclicos en la presión hidrostática

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Histología y biología celular

Región basal celular y sus especializaciones La asociación entre la porción basal de la membrana plasmática epitelial y el conjuntivo subyacente se establece y mantiene mediante el desarrollo de estructuras complejas en su organización y que pueden resumirse en tres tipos: 1. Membrana basal. 2. Uniones adherentes o uniones célula-matriz extracelular. 3. Pliegues basales.

Membrana basal

Figura 5-13. Epitelio transicional. La imagen presenta estratificación notable según el grado de distensión al que esté sometido. Las células apicales tienen forma de cúpula (flecha).

durante el llenado y el vaciamiento de vejiga. Cuando la vejiga está llena, el tejido se adelgaza, las células apicales de ser redondeadas pasan a ser aplanadas; debido a estos cambios adaptativos se denomina transicional (figura 5-13). Su función primaria es formar una barrera para evitar la entrada de agentes patógenos y realizar un alto control al paso de agua, iones y solutos (impermeabilidad) dado que la concentración y el pH de orina son diferentes que el de sangre.

Polaridad celular y características específicas Como muchas otras células del organismo, las epiteliales desarrollan tempranamente una disposición espacial asimétrica de sus componentes que dividen la membrana plasmática en dominios funcionales y morfológicos, y les permite interactuar con el medio interno y externo de manera diferente. La generación de la polarización es un proceso que requiere de varias señales extracelulares y de la reorganización de las proteínas en el citoplasma y en la membrana plasmática; una vez generada, la distribución polarizada es mantenida por la segregación y retención de las proteínas y los lípidos en las diferentes regiones de la membrana. La polaridad en los epitelios se manifiesta en: 1. Diferencias en la estructura y en las propiedades de las superficies apical, lateral y basal de cada célula. 2. Distribución vectorial de los organelos celulares en el interior del citoplasma para facilitar mecanismos como absorción o secreción de glucoproteínas. 3. Una constitución molecular diferente de la membrana plasmática en la región apical, en la región basal o en la región lateral (figura 5-1).

Corresponde a una estructura laminar de matriz extracelular (MEC) ubicada entre el epitelio y el conjuntivo, desarrollada por las células epiteliales y muchas otras de origen mesenquimatoso. Dependiendo del sistema de microscopía que se utilice para su observación, podrán identificarse en mayor o menor grado sus componentes; así, a través de la microscopía óptica y utilizando coloraciones especiales tales con el ácido peryódico-reactivo de Schiff (técnica de PAS) se observará como una delgada línea de color púrpura entre los dos tejidos (figura 5-14). Mediante coloraciones de rutina como la hematoxilina-eosina (H-E) no podrá ser identificada. Cuando el medio de observación es la microscopía electrónica de transmisión y la fijación de la muestra se realiza químicamente, siguiendo el contorno celular se observará una capa de un grosor aproximado de 40 a 60 nanómetros, llamada lámina basal o lámina densa la cual aparece separada de la superficie celular por un espacio conocido como lámina lúcida o lámina rara. Por debajo de la lámina basal se desarrolla una capa de grosor variable, la lámina reticular, constituida por fibrillas de colágeno, fibronectina y fibrilina (figura 5-15). La asocia-

Figura 5-14. Las membranas basales de los tejidos epiteliales no son visibles con coloraciones rutinarias. En la microfotografía se observa coloreada con ácido peryódico de color púrpura.

Capítulo 5

Contacto focal Filamentos de queratina Actina Vinculina Talina

CD151 Integrinas Lámina lúcida

Colágeno XVII

Lámina V

83

Uniones célula-matriz extracelular

Hemidesmosoma

Epitelio

■ Tejidos

Colágeno XIII

Lámina VI Nidógeno

Lámina densa

Las macromoléculas que forman la lámina basal interactúan con proteínas receptoras específicas existentes en la membrana plasmática de la porción basal celular y éstas a su vez interactúan con filamentos presentes en el citoplasma. Estas uniones forman parte del grupo de uniones adherentes; en epitelios se reconocen dos tipos: 1. Contactos focales. Cuando la unión se realiza con microfilamentos de actina. 2. Hemidesmosomas. Cuando la relación la establecen con filamentos intermedios.

Contactos focales o adhesiones focales Perlecán

Conjuntivo Fibrillas dérmicas Colágeno VII

Figura 5-15. La relación entre epitelio y conjuntivo se establece a través de la membrana basal; entre sus componentes moleculares más distintivos se hallan la lámina densa colágeno VII, fibronectinas, nidógeno, proteoglucanos. El espacio denominado lámina lúcida está ocupado por lamininas y proteínas transmembrana tipo integrinas.

ción entre esta lámina reticular y la lámina basal es la estructura que se cree se observa a la microscopía de luz como membrana basal. Experimentalmente, a través de la disponibilidad de cantidades considerables de membrana basal proveniente de tumores, de membranas amnióticas y de tejidos embrionarios se aislaron e identificaron los componentes moleculares de la lámina densa. Los principales son: colágeno tipo IV, glucoproteínas tipo laminina, nidógeno-entactina, fibronectina, diversos proteoglucanos, fracciones proteicas y glucoproteicas menores; además existen cantidades pequeñas de otros tipos de colágenos. El espacio correspondiente a la lámina lúcida contiene proteínas transmembrana de CAM de la familia de integrinas; para permitir la función adherente con los otros elementos moleculares requieren la presencia de cationes tipo calcio o magnesio. Se pueden encontrar variaciones estructurales de la lámina basal según las regiones corporales; por ejemplo, la membrana basal de los capilares glomerulares de riñón es diferente de la que se encuentra en epidermis. Las principales funciones de la membrana basal están asociadas a soporte estructural del epitelio; compartimentación del epitelio con otros tejidos, particularmente del conjuntivo; regulación y señalización del comportamiento celular, eventos vitales para los procesos de embriogénesis, diferenciación y regeneración celular ya que las células recién formadas la usan como guía en su proceso de migración.

Son vínculos estructurales celulares establecidos por medio de las integrinas, las que a través de sus dominios extracelulares se unen a las moléculas de matriz extracelular y por los dominios citoplasmáticos se anclan a microfilamentos de actina. Por lo general poseen una cara citoplasmática a la que se unen los filamentos de actina, una región transmembrana de conexión y una cara extracelular que se une a las glucoproteínas laminina y fibronectina. Estas uniones desempeñan una importante función de soporte al estrés por tensión de las células al transducir señales mecánicas externas en señales bioquímicas internas y favorecer la migración celular en procesos de diferenciación, migración y proliferación, todos importantes para la cicatrización y embriogénesis.

Hemidesmosomas Son complejos de unión especializados que median la adhesión de las células epiteliales a la membrana basal subyacente; se encuentran en epitelios que deben soportar fuertes tensiones, sobre todo los estratificados planos y transicionales. Recibieron ese nombre porque al ser observadas al microscopio electrónico de transmisión (MET) semejaban la mitad de un desmosoma (unión epitelial de asociación de filamentos intermedios). Posteriormente se aclaró su constitución, encontrándose que si bien unen filamentos intermedios, lo hacen a través de proteínas específicas diferentes a las que existen en desmosomas. Están compuestos de una placa interna o placa de adhesión intracelular, una placa externa y una placa densa sub-basal (figura 5-16). En la placa interna se encuentran principalmente las proteínas plectinas tipo HD1 y BP230 también denominada como antígeno 1 del penfigoide ampollar (BPAG1). Ambas proteínas se involucran en la conexión de los hemidesmosomas al sistema de filamentos intermedios tipo queratinas. La placa externa contiene las proteínas transmembrana hemidesmosomales integrinas α6β4 y la BP180 o BPAG2 (colágeno tipo XVII o antígeno 2 del penfigoide

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Histología y biología celular

Región lateral celular y sus especializaciones Queratinas 5 y 6 Filamentos intermedios Región intracelular Placa interna - HD1, BP230

M.B.

Placa externa - BP180, integrinas Placa sub-basal - filamentos de anclaje Fibrillas de anclaje Colágeno

Región extracelular

Figura 5-16. En el esquema se indican los componentes básicos del hemidesmosoma: placa interna, placa externa y placa subbasal; cada una conformada por microfilamentos, filamentos intermedios y proteínas transmembrana, los cuales permiten mayor adhesión de la célula al conjuntivo subyacente al fijar con elementos de la lámina basal (lado izquierdo).

ampollar); por medio de estas proteínas se enlaza la laminina 5, la entactina o los proteoglucanos. Estos últimos forman filamentos de anclaje y se ubican en la placa densa sub-basal. Al igual que las adhesiones focales, los hemidesmosomas intervienen en el soporte mecánico; están íntimamente relacionados con procesos de migración, diferenciación, proliferación y, sobre todo, de apoptosis celular.

La característica de íntima aposición entre las células epiteliales, con poca o casi ninguna matriz intercelular se debe precisamente a las formas especializadas de relacionarse las caras laterales de las membranas plasmáticas, las cuales ofrecen una composición molecular de lípidos y proteínas muy diferentes a la región basal o apical, donde también es indispensable la presencia de otras CAM diferentes a las integrinas halladas en la región basal; para las relaciones laterales célula a célula, la superfamilia de inmunoglobulinas (Ig), las selectinas y las cadherinas juegan un importante papel. Conforme se han mejorado los instrumentos para la observación de las características celulares, se ha profundizado en el conocimiento de las uniones celulares laterales. Al realizar la observación de un epitelio a través del microscopio de luz sólo pueden determinarse en la región superior, pequeñas áreas de engrosamiento lateral, denominadas barras laterales, cuando estas regiones se analizan por MET se encuentran conformadas por varias estructuras que en conjunto se han llamado complejos de unión (figura 5-17); ellos están conformados por tres tipos de uniones: 1. Uniones ocluyentes o estrechas. 2. Uniones adherentes. 3. Uniones comunicantes o tipo gap.

Uniones ocluyentes o estrechas Son el componente más apical de los complejos de unión. Juegan un importante papel en la polarización y constitu-

1

2

3 4

A

B

Figura 5-17. En los epitelios simples (A), principalmente los cilíndricos, existe fuerte cohesión lateral dada por el gran desarrollo de las uniones celulares. De región apical a basal se identifica: 1: unión ocluyente, 2: unión adherente, 3: desmosoma y 4: unión tipo hendidura o gap. La presencia de estas estructuras conforma un complejo de unión (B).

Capítulo 5

yen la mayor barrera para regular la difusión selectiva de solutos a través del espacio intercelular. Se encargan, además, de restringir el movimiento de lípidos y proteínas de membrana entre la membrana apical y basolateral, de ahí que sean los elementos que separan física y químicamente estos compartimientos; también regulan la proliferación epitelial por diferentes mecanismos moleculares que o bien pueden suprimir la proliferación o incrementar la densidad celular. Se reconocen en cortes perpendiculares, observados al microscopio electrónico de transmisión porque las membranas plasmáticas de las dos células adyacentes parecen fusionarse cerca del borde apical, desapareciendo el espacio intercelular en zonas de 0.1 a 0.3 mm de longitud. El aspecto de esta zona se debe a la existencia de múltiples puntos de contacto entre las láminas externas densas de las membranas celulares. Estos puntos de contacto resultan de la interacción, en el espacio extracelular, de un tipo especial de proteínas transmembrana llamadas ocludinas que se caracterizan por presentar una zona hidrofóbica en su dominio extracelular, lo que permite la interacción entre dos ocludinas que se enfrentan en el espacio intercelular. Esta zona se extiende en forma de cinturón alrededor de todo el perímetro celular, interactuando cada célula con las células adyacentes a ella, cerrándose así el espacio intercelular (figura 5-18). Además de las ocludinas, en las uniones ocluyentes se han identificado al menos otros 30 tipos de proteínas. En resumen, todas las proteínas presentes en la unión ocluyente se pueden agrupar en cuatro categorías: el primer grupo será de proteínas de zónula occludens, ZO-1, ZO-2, ZO-3 y cingulinas, son proteínas periféricas de ensamble a microfilamentos de citoesqueleto; el segundo grupo pertenece a proteínas de señalamiento, importantes para ensamble de la unión, regulación de la barrera y transcripción génica; el tercer grupo son proteínas reguladoras de la polarización de las vesículas citoplasmáticas y el último grupo corresponde a otras proteínas transmembrana:

■ Tejidos

moléculas adhesivas de la unión (JAM, del inglés junctional adhesion molecule), claudinas, crumbs y ocludinas. Las características morfológicas de las uniones ocluyentes relacionadas con la cantidad de puntos de contacto y el espacio entre ellos varían según su localización; así, en regiones como el epitelio gástrico, los puntos de fusión son muy abundantes, con un espacio intercelular escaso y, por consiguiente, habrá muy baja permeabilidad; mientras en los hepatocitos o algunas porciones de los túbulos renales, los puntos de fusión son muy separados, lo que conllevará a un aumento en la permeabilidad de la zona.

Uniones adherentes Relacionan los elementos del citoesqueleto de una célula con los de una célula vecina o con la matriz extracelular. Son abundantes en los tejidos sometidos a tracción, no sólo los epitelios, también se hallan en músculo cardiaco. Según con el tipo de filamentos que interactúen se pueden reconocer: 1. Zónula adherente. Interaccionan con red de filamentos de actina. 2. Mácula adherente o desmosomas. Interaccionan con filamentos intermedios. Cuando la relación la establecen con la matriz extracelular se identifican: 3. Contactos focales. 4. Hemidesmosomas. Las características de los dos últimos ya fueron revisadas en las especializaciones de la región basal epitelial.

Zónula adherente En los complejos de unión se sitúan cerca de la región apical y por debajo de las uniones ocluyentes. Construyen un anillo contráctil de filamentos de actina, situado en la cara citoplasmática de la región membranosa implicada en la

Claudinas

Figura 5-18. Uniones ocluyentes (tight junctions). Las proteínas transmembrana ocludinas y claudinas se distribuyen formando cinturones alrededor de las células, de esta forma sellan el espacio intercelular apical e impiden el paso del contenido luminal. Se encuentran muy desarrolladas en epitelios que deben regular el paso de sustancias: endotelios de sistema nervioso central (barrera hematoencefálica), epitelio intestinal.

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Ocludinas

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Histología y biología celular

Proteínas transmembrana

Filamentos de actina

Cadherinas α

α

α

α

α

β β

α

β

α

β

α

β

α

β

α

β

β

β

β

Cateninas

Figura 5-19. Unión adherente. La adhesión entre células adyacentes se facilita por la interacción de cadherinas (proteínas transmembrana), éstas se relacionan por su dominio intracitoplasmático con los filamentos de actina a través de proteínas de anclaje (cateninas).

unión. Para la unión de los filamentos de actina se requiere la intervención de dos unidades básicas proteicas de moléculas de adhesión celular: las nectina-afadinas y las cadherinas-cateninas (figura 5-19). Su establecimiento es vital para la función de la barrera celular, tanto al estrés mecánico como a la difusión paracelular; son indispensables para el desarrollo de las uniones ocluyentes y junto con ellas intervienen en procesos de proliferación, migración y respuesta inflamatoria celular.

Mácula adherente o desmosomas En los epitelios simples se ubican debajo de las uniones adherentes como parte del complejo de unión; a diferencia de las zónulas adherentes, no forman cinturones alrededor de las células, sino que son puntuales, de ahí su nombre de mácula; se expresan principalmente en los epitelios estratificados (epidermis) y en algunos otros tipos de tejidos como cardiaco, aracnoides y células dendríticas del sistema linfoide. En cortes al microscopio electrónico de transmisión un desmosoma se reconoce porque las membranas de las células adyacentes corren paralelas entre sí, separadas por un espacio de unos 20 nanómetros, el cual presenta una línea densa en su zona media (línea intermedia). Adherida a la cara intracelular de cada membrana plasmática se encuentra una estructura discoide compuesta por un material electrodenso llamado placa desmosómica, a esta placa de adhesión se fijan los filamentos intermedios en forma de asas (figura 5-20).

El espacio entre las membranas adyacentes es ancho, de 30 nanómetros, contiene a los dominios extracelulares de las glucoproteínas transmembrana de la familia de las cadherinas, llamadas desmogleínas y desmocolinas. Mediante la interacción entre las cadherinas que se enfrentan, ocurre la unión en el extracelular de las dos células adyacentes. El mantenimiento de la interacción entre las cadherinas depende de la presencia de Ca++. El dominio citoplasmático de las desmogleínas y desmocolinas se ubica en la placa desmosómica. En este sitio se une a proteínas intracelulares llamadas desmoplaquinas y placoglobinas, las que se asocian también con los filamentos intermedios que se insertan en la placa formando horquillas. En resumen, en el desmosoma desde el punto de vista molecular existen tres grupos funcionales de proteínas: filamentos intermedios, plaquinas y desmogleínas. Su función es mantener unidas a las células del epitelio, asociando los citoesqueletos de filamentos intermedios de las células vecinas, conformando una red transcelular con una alta resistencia a la tracción mecánica. De esta manera permiten que las células mantengan su forma y que el tejido epitelial permanezca estable.

Uniones comunicantes o tipo gap Conocidas también como uniones de hendidura o nexos y por su comportamiento en estudios de conductancia eléctrica se han denominado uniones de baja resistencia. Entre todos los tipos de uniones celulares, éstas son las únicas que enlazan el citoplasma de dos células y per-

Capítulo 5

■ Tejidos

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Filamentos de queratinas

Placa de adhesión intracelular

Cadherinas

Membrana celular A

B

Figura 5-20. El diagrama A relaciona las principales estructuras constitutivas del desmosoma, sus proteínas transmembrana son las desmogleínas y desmocolinas. Los dominios intracelulares se unen a placoglobulinas y desmoplaquinas (placa de adhesión), proteínas que anclan los receptores al citoesqueleto de filamentos intermedios. La microfotografía B muestra un sector de piel coloreado con H-E donde señalado con flecha se pueden observar los denominados puentes citoplasmáticos, correspondientes a los desmosomas de las células de la capa espinosa.

miten el intercambio de iones (K+, Ca2+), segundos mensajeros (cAMP, IP3), pequeños metabolitos como la glucosa, facilitando acoplamiento eléctrico y bioquímico entre las células. Las uniones gap son esenciales para muchos eventos fisiológicos como sincronización, diferenciación, apoptosis, crecimiento celular, embriogénesis y coordinación metabólica de estructuras avasculares como epidermis o la lente del ojo. Cada unión gap contiene numerosos poros de tamaño menor de dos nanómetros. Cada poro está formado por dos hemicanales, aportados por cada una de las células en contacto, llamados conexones incluidos en las membranas enfrentadas, alineados con precisión de tal forma que la luz de uno se continúa con el otro. En los sitios donde se forman las membranas citoplasmáticas se aproximan hasta disminuir su espacio a menos de dos nanómetros. Cada conexón tiene seis subunidades simétricas de unas proteínas integrales transmembrana, las conexinas, las cuales constituyen una amplia familia, definidas actualmente más de 20 tipos; de la forma como ellas se relacionen, se establecerán las propiedades físicas, químicas y de conductancia del poro (figura 5-21).

Región apical celular y sus especializaciones La polarización de los epitelios se manifiesta en una composición molecular de la membrana celular apical diferente de las regiones basal y lateral; estas especializaciones son modificaciones morfológicas que permiten a las células y, por consiguiente, a los tejidos que las conforman participar de manera más activa en procesos tales como

absorción y movimiento. Se conocen como modificaciones estructurales: 1. Microvellosidades. 2. Cilios. 3. Estereocilios.

Conexón

Membrana plasmática

Espacio intercelular

Figura 5-21. Unión gap. Dos células adyacentes se comunican directamente a través de dos hemicanales (conexón), los cuales están formados por seis monómeros de conexinas a cada lado celular; limitan un poro de aproximadamente dos nanómetros de diámetro.

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Histología y biología celular

Microvellosidades Son pequeñas extensiones citoplasmáticas similares a dedos que amplían la superficie celular. La altura, el grosor y cantidad de microvellosidades que se desarrollen en una célula dependen de su ubicación funcional; en intestino delgado son altas, uniformes y abundantes, alrededor de 3 000 por cada célula; en regiones como superficie interna del útero, son cortas y espaciadas. Desde el punto de vista ultraestructural, presentan una compleja conformación molecular. En el interior de cada microvellosidad se encuentran conjuntos de filamentos de actina los que establecen enlaces cruzados con las proteínas fimbrina y fascina, esta organización constituye su núcleo estructural, estos filamentos se unen a la villina ubicada en la punta de la microvellosidad y desde allí se extienden a la porción apical del citoplasma donde interaccionan con la red de filamentos de actina en disposición horizontal denominada velo terminal. Estos filamentos de disposición horizontal son estabilizados por espectrinas y finalmente se enlazan a la membrana plasmática a través de miosina I y calmodulina (figura 5-22, A). Los microfilamentos de actina del velo terminal se relacionan en particular con los desmosomas, contribuyendo así al sistema de adaptabilidad al movimiento de la célula, sistema responsable de los cambios de diámetro del dominio apical, facilitando el contacto y la absorción de los nutrientes.

Cuando presentan mucho desarrollo, como en intestino delgado, el conjunto de las microvellosidades se denomina chapa estriada o borde estriado; en túbulos renales se conoce como ribete en cepillo (figura 5-22, B).

Estereocilios Son variaciones de las microvellosidades pero mucho más largas. A pesar de su nombre, no presentan características relacionadas con los cilios. Se encuentran en pocos epitelios, particularmente desarrollados en vías espermáticas, epidídimo, porción proximal del deferente y oído interno. Formados por actina, igual que las microvellosidades pero unas 10 veces más largos, estos microfilamentos están enlazados a través de fimbrina y a diferencia de las microvellosidades la proteína que los asocia con la membrana plasmática corresponde a la erzina; no presentan villina en su conformación. Dependiendo del tipo de conformación molecular, en vías espermáticas contribuyen a los procesos de absorción en tanto que en el oído funcionan como receptores sensoriales (figura 5-9).

Cilios Son prolongaciones del citoplasma apical; al observarlos por microscopio de luz se ven como pelitos cortos y delgados en la superficie libre de la célula (figura 5-8). Los cilios contribuyen al movimiento de fluidos, a la locomoción, a la quimiorrecepción, a la mecanorrecepción y al estable-

Villina

Fimbrina

Fascina Actina Miosina Filamentos intermedios

Red terminal

A

B

Figura 5-22. En el dibujo A se relacionan las principales características de las microvellosidades. Presentan un núcleo central de filamentos de actina entrecruzados con las proteínas fimbrina y fascina; la villina, ubicada en la punta de cada microvellosidad se une a ellos y la miosina I los une a la membrana celular. Los filamentos de actina de cada microvellosidad se extienden y enlazan con otro grupo de filamentos dispuestos en forma horizontal en la red terminal, los cuales se enlazan con filamentos intermedios citoplasmáticos. En la microfotografía B, un sector de vellosidad intestinal muestra la chapa estriada fuertemente teñida con eosina.

Capítulo 5

cimiento de los patrones corporales derecha-izquierda. Típicamente se encuentran en regiones donde se requiere el transporte o movilización de sustancias, por ejemplo, vías aéreas superiores, tuba uterina. Su número varía según la región, encontrándose en el tracto respiratorio, principalmente en la tráquea ~300 por cada célula. Existe una diversidad en la composición estructural de los cilios, la mayoría presentan una longitud de 8 micrómetros y unos 25 micrómetros de diámetro, contienen un eje central conocido como axonema. En cada axonema hay un par central de microtúbulos y nueve pares periféricos (conocida como disposición 9 + 2). Mientras que cada microtúbulo del par central es un microtúbulo completo, cada uno de los dobletes externos se compone de un microtúbulo completo y otro parcial, fusionados de tal manera que comparten parte de su pared (figura 5-23). Existe otro grupo de cilios que no presentan dobletes de microtúbulos centrales (fórmula 9 + 0), algunos de ellos son inmóviles y tienen gran importancia en los procesos de mecanorrecepción en riñón; en la definición de ejes corporales los móviles intervienen en embriogénesis temprana. La base del movimiento en los cilios se da por el deslizamiento de las proteínas dineínas, su movimiento se describe como tipo latigazo, sincrónico, en onda. Presentan una fase de batido y otra de recuperación; en la fase de batido el cilio se levanta acercándose lo más posible a la superficie, así empuja las partículas que se encuentren cerca de la punta del cilio.

■ Tejidos

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maduro en otro más adaptado de manera funcional a las nuevas condiciones que le impone la exposición al agente agresor. Por ejemplo, en las vías respiratorias el epitelio cilíndrico ciliado se puede modificar a epitelio plano estratificado, lo que lleva a un aumento en las infecciones y alteraciones en la producción de moco. La carencia de vitamina A en la dieta contribuye a la transformación de diferentes tipos de epitelios a planos estratificados queratinizados; estas deficiencias en niños menores de cinco años pueden llevar a daños profundos en córnea y conducir a ceguera permanente. El proceso puede ser reversible si desaparece la condición agresora; si ésta persiste, pueden continuar los cambios celulares estructurales y llevar a alteraciones cualitativas o cuantitativas, displasias o anaplasias, caracterizadas por alteraciones en la polarización, estratificación, cantidad de organelas y en el ciclo de división celular con el desarrollo inicial de tumores no invasivos y posteriormente al atravesar la membrana basal las células indiferenciadas, a tumores invasivos (metástasis).

¿Pueden alteraciones en las especializaciones epiteliales producir alguna patología? Sí. Los cambios patológicos se podrán encontrar a nivel de alteraciones en el citoesqueleto celular, en las uniones celulares laterales, en las especializaciones de membrana basal o en las especializaciones apicales. A continuación se mencionan los más conocidos.

Alteraciones relacionadas con los hemidesmosomas

Correlación clínica

Las epidermólisis bullosas o ampollosas (piel de cristal) corresponden a un grupo heterogéneo de enfermedades caracterizadas por la presencia de ampollas, úlceras o heridas en la piel o en las mucosas cuya gravedad varía de acuerdo con la mutación genética presente en los genes que codifican para la formación de moléculas asociadas a los hemidesmosomas. En las formas simples o intraepi-

Como tejidos que delimitan y forman barreras entre los compartimientos externos e internos corporales sus características morfológicas y funcionales pueden modificarse por múltiples factores, entre ellos, agentes infecciosos, genéticos y ambientales. Una modificación frecuente es la metaplasia que implica la transformación de un epitelio Par central de microtúbulos

Subunidades de tubulinas Microtúbulos dobles

B

A

Dineína

Figura 5-23. Esquema del axonema y de los microtúbulos que lo forman. Desde el punto de vista ultraestructural se identifican también las estructuras del esquema.

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Histología y biología celular

dérmicas se presenta separación entre el núcleo y la membrana citoplasmática de los queratinocitos basales y se debe a alteraciones entre los filamentos intermedios y las moléculas de las placas citoplasmáticas; en la forma de epidermólisis de unión el daño ocurre a nivel de las moléculas transmembrana y los filamentos de anclaje (entre epidermis y lámina lúcida), y en la forma más grave, la epidermólisis distrófica, la separación ocurre debajo de la lámina densa en la sublámina densa y el daño se debe a alteraciones en las fibras de anclaje (entre lámina densa y estrato dérmico). Son enfermedades relativamente raras, crónicas, de transmisión genética, de forma dominante o recesiva; en muy pocas ocasiones pueden ser de origen autoinmune.

¿Qué es el pénfigo? Pénfigo e impétigo bulloso son enfermedades de la piel, en las cuales se encuentran alteraciones a nivel de la organización de las desmogleínas en los desmosomas. En el pénfigo existe pérdida de la adhesión celular (acantólisis) de los queratinocitos debido al enlace de autoanticuerpos a su superficie celular. Existen varias formas de pénfigo, identificables de acuerdo con las capas de piel comprometidas, así, en el pénfigo foliáceo el ataque de anticuerpos se dirige contra la desmogleína 1 y las ampollas se presentan en la capa granulosa de la epidermis; en el pénfigo vulgar existe una separación de la epidermis profunda y los anticuerpos se dirigen principalmente contra la desmogleína 3, asimismo, compromete regiones mucosas como boca, laringe, faringe y vagina. En ambas patologías existe, en primer lugar, disolución de sustancia intercelular y, después, desprendimiento del desmosoma. El impétigo corresponde a una enfermedad bacteriana que compromete las capas superficiales de la piel, la cual es causada por el estafilococo áureo, bacteria que produce alteraciones en las desmogleínas. Entre 80 y 90% de los tumores malignos humanos son de origen epitelial (carcinomas), se presentan por lo general en personas mayores de 45 años y aumenta su proporción hacia la séptima década de la vida.* Muchos de estos carcinomas se caracterizan por alteraciones en la membrana plasmática, en la polaridad celular, en el desarrollo de las uniones comunicantes y en los procesos de comunicación celular con pérdida de las relaciones célula a célula, eventos todos que llevan a un proceso de baja diferenciación celular.

* N. del E.: La alusión a las diferentes décadas de vida señala periodos de 10 años que inician de los 0 a 10 años de edad (primera década), de 11 a 20 años de edad (segunda década) y así sucesivamente, de modo que, por ejemplo, la “octava década de vida” se refiere al lapso comprendido entre los 71 y 80 años de edad de una persona o grupo.

Epitelios glandulares y su clasificación La secreción no es una característica única de los epitelios, está presente en otras células de los tejidos fundamentales, como en fibroblastos, condroblastos, etc., sin embargo, tradicionalmente se ha utilizado este término para designar aquellos tejidos que desde el punto de vista morfológico presentan una importante cohesión celular, desarrollan membrana basal, son avasculares; es decir, presentan características epiteliales y que, además, sus células son capaces de sintetizar gran variedad de sustancias tales como glucoproteínas, mucinas, hormonas, sebo, sudor y una vez producidas, ellas son liberadas por procesos de secreción directamente al torrente circulatorio o al medio externo o interno a través de un sistema de conductos. Las secreciones glandulares tienen gran importancia durante los procesos de digestión, crecimiento, desarrollo, interacción con el medio. La vía de liberación dependerá de si mantiene contacto o no con el epitelio de origen durante la embriogénesis. Para clasificar los epitelios glandulares deben tomarse en cuenta los siguientes factores: 1. La presencia o no de conductos; su presencia determinará las glándulas exocrinas y cuando la liberación de productos se hace directamente al torrente circulatorio, serán endocrinas. 2. La distancia que deben recorrer los productos una vez elaborados, autocrinos, paracrinos, endocrinos.

Glándulas exocrinas Durante el proceso de desarrollo embriológico y respondiendo a señalamientos genéticos, algunas células de los epitelios de revestimiento comienzan a invaginar hacia el tejido conjuntivo subyacente, a medida que profundizan estas células se diferencian y especializan en la síntesis de sustancias (porción secretora o adenómero). Se consideran glándulas de naturaleza exocrina cuando la porción secretora mantiene el contacto con el epitelio de origen. Esta conexión recibe el nombre de conducto (figura 5-24). Los criterios de clasificación de las glándulas exocrinas pueden ser: 1) morfológicos, 2) por mecanismos de secreción o 3) por naturaleza de la secreción. Ninguno de estos criterios es excluyente. Desde el punto de vista morfológico, el primer criterio de clasificación de las glándulas exocrinas es la cantidad de células que las conforman, así, hay unicelulares y multicelulares. Las glándulas multicelulares se reconocen analizando las estructuras mínimas que las conforman: el conducto y la porción secretora o adenómero. Serán glándulas simples cuando presentan un único conducto y compuestas cuando éste se ramifica muchas veces. Al detallar la morfología de la porción secretora podrán ser tubulares, acinares o túbulo-acinares (figura 5-25, B).

Capítulo 5

A

B

C

Figura 5-24. Los epitelios glandulares se derivan de epitelios de revestimiento (A); ocurre invaginación de la cubierta epitelial por una contracción orientada de los filamentos de actina de esas células, las células que se profundizan toman características secretoras. Si permanece el contacto epitelial con el tejido de origen se configura una glándula exocrina (B); si se pierde el contacto con el epitelio y la estructura establece íntima relación con vasos sanguíneos será una glándula de secreción endocrina (C).

■ Tejidos

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tino grueso. Su nombre obedece a la forma que presentan, semejan un cáliz, donde la parte angosta descansa en la membrana basal y la parte amplia o teca, alcanza la superficie luminal. Desde el punto de vista ultraestructural, se observa un núcleo basal, alargado y junto a él, el retículo endoplásmico rugoso, el aparato de Golgi y unas cuantas mitocondrias. La región de la teca se encuentra llena de pequeñas vesículas formadas por mucina, las cuales según el procesamiento utilizado se conservarán (coloración de PAS) o, por el contrario, serán retiradas de la célula, quedando el espacio vacío en el citoplasma, lo cual le da una apariencia de pequeño globo (tinción con H-E) (figura 5-26). Tienen una vida media de 4 a 5 días, tiempo en el cual están produciendo y secretando por proceso de exocitosis la mucina, la cual al ponerse en contacto con el agua de la superficie luminal se transforma en moco. Una vez en el medio este gel se expande y aumenta su volumen hasta 500 veces más en sólo 20 milisegundos. Su proceso de secreción es estimulado por agentes irritativos como polvo o humo de cigarrillo o también por estímulo nervioso parasimpático. La función principal de este producto en el tracto intestinal es la protección y la lubricación; en la vía aérea contribuye a evitar la resequedad y provee una superficie pegajosa protectora que permite atrapar partículas de polvo y microorganismos.

Glándulas multicelulares Glándulas unicelulares Las caliciformes son el único ejemplo de este tipo que se encuentra en el humano. Son células epiteliales cilíndricas modificadas que en condiciones normales se encuentran dispersas de manera individual entre los epitelios que tapizan la vía aérea superior, el intestino delgado y el intes-

Simples

Se agrupa con esta denominación a acúmulos de células secretoras con diversos grados de organización histológica, desde la más sencilla de identificar como lo es la superficie de útero o estómago hasta órganos estructurados de manera compleja donde se puede identificar el componente secretor conformando el parénquima y una trama de sostén, el estroma.

Compuestas

Tubular

Acinar

Alveolar

Estructura tubular

Estructura alveolar o acinar Clasificación según porción secretora A

B

Figura 5-25. El esquema (A) indica los tipos de glándulas exocrinas que se clasifican según la cantidad de conductos que desarrollen —simples o compuestas—; verticalmente se identifican los tipos según la forma del adenómero o porción secretora. El dibujo del lado B muestra un corte longitudinal de las porciones secretoras de forma tubular, acinar y alveolar.

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Histología y biología celular

Figura 5-26. Entre el epitelio cilíndrico simple con microvellosidades se encuentran las células caliciformes, fácilmente diferenciables por su forma de cáliz con núcleo basal alargado y amplio citoplasma pálido por efectos de la preparación (señaladas con flechas).

Figura 5-27. El epitelio cilíndrico simple que cubre la superficie interna gástrica es la forma más simple de desarrollo glandular exocrino multicelular. Todas sus células son secretoras de productos que contribuyen a su protección.

Superficies secretoras

ríparas presentes en la piel. Son estructuras individuales muy largas; su porción secretora se ubica en la profundidad de la dermis y deben liberar su producto a través de un largo conducto que se abre entre el epitelio plano estratificado queratinizado de la epidermis (poro). Debido a su longitud, no es factible hacer el seguimiento completo en una preparación histológica pues ellas se enrollan varias veces, de

El epitelio cilíndrico simple que reviste la región interna de estómago es el ejemplo típico de esta clase. Todas sus células cilíndricas son en mayor o menor grado secretoras y a través de sus secreciones protegen el mismo tejido del ambiente ácido producido por la secreción de ácido clorhídrico proveniente de otras porciones glandulares (figura 5-27). Este tejido presenta una alta capacidad de regeneración, con un ciclo de renovación de aproximadamente 3 a 5 días.

Glándulas simples Las clasificaciones morfológicas no son excluyentes entre sí, lo que permite definir una serie de combinaciones. Al analizar los constituyentes morfológicos de las glándulas exocrinas e identificar tanto su porción secretora como la porción del conducto, se encuentran, básicamente: glándulas tubulares simples, tubulares simples contorneadas, tubulares simples ramificadas, acinares simples y tubuloacinares simples (figura 5-25). Glándulas tubulares simples. Se conforman al invaginarse al conjuntivo subyacente el epitelio interno de intestino delgado y de intestino grueso, son estructuras individuales, caracterizadas porque la luz que delimita el epitelio, hacia donde se dirige la secreción, tanto en la porción secretora como en la del conducto es aproximadamente la misma, forma de tubo (figura 5-28). Reciben el nombre de glándulas o criptas intestinales o criptas de Lieberkünh. Entre este epitelio cilíndrico simple con microvellosidades se encuentran, además, las células caliciformes. Glándulas tubulares simples contorneadas o tubular simple enrollada. Corresponden a las glándulas sudo-

Figura 5-28. Glándula tubular simple. Tanto en intestino delgado como grueso (imagen de colon) ocurre invaginación del epitelio cilíndrico simple con microvellosidades conformando glándulas tubulares simples, estructuras alargadas, con una luz estrecha y similar tanto en sector secretor como en el conductor (corchete). Ésta es la principal característica de una glándula donde la forma del adenómero es tubular. Detalle de la gran cantidad de células caliciformes entre el epitelio. Profundo en conjuntivo se observa un corte transversal de una glándula (flecha).

Capítulo 5

Figura 5-29. Glándula sudorípara ecrina. La microfotografía muestra los cortes transversales de estructuras tubulares tapizadas por epitelio cúbico estratificado que corresponden a conductos de las glándulas sudoríparas (flechas gruesas), así como otros de luz más amplia que corresponden a la porción secretora (flechas delgadas).

ahí que de ella se identificarán varios planos de sección: aquellos tapizados con epitelio cúbico simple, serán las porciones secretoras de la glándula; los tapizados por epitelio cúbico estratificado se identificarán como porciones del conducto glandular (figura 5-29). Su producto de la secreción es el sudor; son importantes para los procesos de la termorregulación. En el proceso de secreción interviene el sistema nervioso al estimular las células mioepite-

■ Tejidos

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liales ubicadas por dentro de la membrana basal de las porciones de los conductos. Funcionan a la manera de “ordeñadoras”. Glándulas tubulares simples ramificadas. El término “ramificado” aplica a la porción secretora. En este tipo de estructuras glandulares se observa que varios adenómeros desembocan en un solo conducto; es la organización típica de la mucosa gástrica y uterina (figura 5-30). El epitelio que las bordea, por lo general cilíndrico simple, no presenta células caliciformes. Glándulas acinares simples. Se pueden denominar también alveolares. Son pocos los ejemplos de este tipo de glándulas, se ubican principalmente en la uretra peneana. En ellas, la porción secretora ofrece una forma dilatada, semejante a una uva, cuando la porción secretora presenta amplia luz, será alveolar, cuando la luz es estrecha, será acinar. Glándulas acinares simples ramificadas. Estas estructuras abundan en regiones como el cuero cabelludo. En ellas se identifican varias porciones secretoras redondeadas, llenas de células con abundante material lipídico en su interior, los adenómeros confluyen a un único conducto, en este caso, tapizado por epitelio plano estratificado queratinizado pues pertenece al folículo piloso. Su secreción es un material oleoso denominado sebo. Cada ácino está conformado por grupos de células, unas pequeñas dispuestas cerca de la membrana basal, encargadas de realizar mitosis, la otra población son las células que maduran, se redondean y llenan de lípidos su citoplasma (figura 5-31).

1

2

Figura 5-30. La mucosa gástrica presenta una organización glandular, su tapiz interno invagina hacia el conjuntivo y desarrolla una serie de glándulas de luz estrecha (línea negra), cuyo recubrimiento epitelial varía; algunas de las células modifican hacia productoras de ácido clorhídrico, enzimas y otras permanecen como secretoras de moco. Estas organizaciones son difíciles de distinguir en su extensión pues sus porciones secretoras ramifican 2 o 3 veces, haciendo difícil su seguimiento.

Figura 5-31. Glándula acinar simple ramificada. La mayoría de las glándulas sebáceas se ubican en los sitios de piel donde se desarrollan folículos pilosos ya que ellas los utilizan para liberar sus productos. La unidad pilosebácea hace referencia a esta relación: folículo piloso (1), ácinos glandulares (2) y músculo erector del pelo. Observe la capa de células cercanas a la membrana basal encargada de las mitosis y regeneración de la glándula una vez que ha liberado su secreción de manera holocrina (flecha).

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Histología y biología celular

Figura 5-32. Glándula tubular compuesta. Debajo de la túnica mucosa, en la submucosa de duodeno se encuentran las glándulas de Brunner o duodenales, tapizadas por un epitelio semejante a cilíndrico alto, con características de secretor de moco. Observe cómo sus conductos se abren hacia la base de las glándulas intestinales o tubulares simples de la mucosa (flecha).

Glándulas compuestas Se define una glándula de este tipo cuando la porción correspondiente al conducto presenta múltiples divisiones, con características histológicas variables. Por lo general, las glándulas compuestas son también ramificadas en sus componentes secretores. Al igual que con las glándulas simples se pueden identificar tubulares, acinares y tubuloacinares (figura 5-25). Glándulas tubulares compuestas. Este tipo glandular se encuentra a nivel de duodeno, debajo de la túnica mucosa, por su localización reciben también el nombre de glándulas de Brunner. Producen moco alcalino que neutraliza el contenido ácido proveniente del estómago. En estas estructuras es dif ícil diferenciar las porciones de conducto de las secretoras, pues ambas presentan un revestimiento epitelial semejante, similar a un epitelio cilíndrico simple. Aunque están ubicadas en la submucosa, sus conductos abren hacia la luz intestinal (figura 5-32). Glándulas acinares compuestas. En el páncreas el componente exocrino se encuentra organizado en múltiples unidades secretoras de forma ovoide (ácinos), tapizadas con células en cuña, por lo cual la luz del adenómero es estrecha; en conjunto, las unidades secretoras conforman el parénquima glandular, la porción funcional del órgano; el material de secreción de estas células acinares se vierte a un sistema complejo de conductos que finalmente drenan a un conducto mayor (figura 5-33).

Glándulas tubuloacinares compuestas Las glándulas salivales mayores, parótida, sublingual y submaxilar, conforman el grupo representativo de esta organización glandular. Se hallan en su interior unidades

Figura 5-33. Acinar compuesta. En baja magnificación se observa el conjuntivo separando unidades secretoras acinares de naturaleza serosa (círculo); entre ellas se encuentran varios conductos excretores (flecha) rodeados también por conjuntivo.

secretoras de forma tubular, acinar o tubuloacinar, todas ellas vierten sus productos de secreción a múltiples conductos tapizados por epitelio cúbico simple o cúbico estratificado (figuras 5-25 y 5-34).

Clasificación por mecanismos de secreción Las glándulas exocrinas se pueden identificar por los mecanismos a través de los cuales realizan las descargas de sus productos al medio. Son básicamente tres: merocrinos o ecrinos, apocrinos y holocrinos (figura 5-35, A, B y C).

Figura 5-34. Glándula tubuloacinar compuesta. En la microfotografía se observa un sector de glándula submaxilar. Detalle de las unidades secretoras acinares —componente seroso—; las unidades tubulares correspondientes al componente mucoso y la cantidad de conductos. Es típico en estos órganos que el tejido conjuntivo delimite lóbulos y lobulillos (flecha).

Capítulo 5

■ Tejidos

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Secreción endocrina

Secreción exocrina

D

M.B. A

B

C

Vasos sanguíneos

Figura 5-35. Según la forma como las células secretoras vierten sus productos al medio se pueden identificar tres modos de secreción, la célula A ejemplifica el tipo merocrino, note cómo los gránulos de secreción son liberados al exterior de ella sin pérdida de citoplasma. En la célula B el producto se vierte según modo apocrino, donde el material de secreción sale de la célula con un poco de citoplasma. La célula C produce su material, lo acumula en su interior, ocurre muerte y degeneración celular y la célula con el contenido son liberados como productos. Es el modo de secreción holocrino. La célula D señala la forma de secreción endocrina, que implica tener una relación íntima con el sistema circulatorio, pues sus productos son vertidos directamente a él.

Mecanismo de secreción merocrino o ecrino Es la forma más común de secreción, las sustancias son producidas y almacenadas en pequeñas vesículas, éstas llegan a la región interna de la membrana plasmática apical, las dos membranas se fusionan en el sitio de contacto y el contenido de la vesícula es enviado al exterior sin pérdida de membrana (figura 5-35, A). El páncreas exocrino, las glándulas salivales mayores y menores, y la mayoría de las sudoríparas son ejemplos representativos de este mecanismo.

Mecanismo de secreción holocrino Este tipo de secreción implica la muerte y salida celular. Es exclusivo de las glándulas sebáceas. Las células acinares de la glándula producen altas cantidades del material oleoso y las almacenan en pequeñas gotas, después mueren por procesos de apoptosis, de esta forma las células de la glándula pasan a ser el producto de secreción que se libera una vez que la célula se desintegra (figura 5-35, B).

Mecanismo de secreción apocrino (merocrino modificado) La liberación del producto de secreción en la región apical de la célula se hace con pequeños fragmentos de membrana celular. Más tarde se restablece la membrana citoplasmática de la parte apical permitiendo que la célula regenere

sus gránulos y pueda comenzar otro ciclo secretor. Esta forma de secreción se observa en las glándulas sudoríparas ubicadas en la región axilar, perianal, en las ceruminosas del conducto auditivo externo, en las glándulas de Moll del párpado y en la manera como las glándulas mamarias adicionan la grasa a la leche. Algunos investigadores dudan de este mecanismo y consideran que los fragmentos observados son producto de la deshidratación del tejido durante el procesamiento de la muestra (figura 5-35, C).

Clasificación por la naturaleza o tipo de secreción No todas las glándulas exocrinas pueden ser clasificadas bajo este parámetro. Las características morfológicas de las células (células acinares) que conforman el adenómero o ácino secretor variarán según la naturaleza bioquímica del producto elaborado; se identifican tres clases de ácinos: seroso, mucoso y mixto.

Ácino de secreción seroso Está conformado por células en cuña o piramidales (base ancha, ápex estrecho), altas, alrededor de una luz muy estrecha. Se les observa una polaridad bien definida, en la parte basal de cada célula se encuentra un núcleo redondo u oval, el citoplasma es fuertemente basófilo por la presencia de gran cantidad de ribosomas; desde el punto de

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Histología y biología celular

acumulación de material de secreción el núcleo se aplana y es llevado hacia la región basal; la luz que delimitan es amplia, visible, a diferencia de los ácinos serosos. Con coloraciones rutinarias (H-E) el citoplasma se observa pálido debido a la extracción del contenido durante la preparación. Si se desean conservar las mucinas debe recurrirse a coloraciones especiales, por ejemplo, con ácido peryódico (PAS, del inglés periodic acid-Schiff). Las secreciones mucosas son espesas y viscosas debido a la glucosilación de sus productos. Tienen función protectora y lubricante. Se ubican en glándulas sublinguales, en glándulas duodenales, algunas salivales menores (figura 5-37).

Ácino de secreción mixto Figura 5-36. Ácino seroso. En la microfotografía se observan las características de los ácinos que producen una secreción fluida, con alta proporción de proenzimas.

vista supranuclear se observan gránulos que se tiñen intensamente de rosa con la eosina; corresponden a gránulos zimogénicos, son enzimas inactivas de naturaleza proteica, poco glucosiladas, sólo se activarán una vez que salgan a la luz del ácino (figura 5-36). Esta secreción es acuosa; se hallan en páncreas exocrino, glándulas salivales mayores, principalmente parótida y glándulas salivales menores.

Ácino de secreción mucoso A diferencia del anterior, las células que conforman esta estructura desarrollan abundante citoplasma; debido a la

En submaxilar abundan los ácinos serosos dispuestos alrededor de los mucosos, conformando estructuras ligeramente ovaladas conocidas como semiluna serosa o semiluna de Giannuzzi o de von Ebner; estas células serosas vierten su secreción a la luz a través de pequeños canalículos que pasan entre las células mucosas. La unidad conformada por el ácino mucoso rodeado por la semiluna serosa constituye el ácino mixto (figura 5-38). Algunos autores asumen que este tipo de estructura es producto de procesos de fijación y que en realidad las células acinares serosas estarían intercaladas entre las mucosas. Los ácinos serosos, mucosos y mixtos establecen, a través de la membrana basal, estrecha relación con pequeños vasos sanguíneos y filetes nerviosos tanto simpáticos como parasimpáticos. Al parecer, el impulso parasimpático estimula la formación de gránulos, mientras que el simpático favorece la excreción. Para la liberación del producto se requiere que ambos componentes del sistema nervioso estimulen las células mioepiteliales que se

2 1

Figura 5-37. Ácino mucoso. En la microfotografía se muestra un detalle de glándula sublingual. Observe las características de los ácinos que secretan mucinas, material altamente viscoso (marcados con números 1 y 2). Los núcleos estrechos y alargados se ubican basalmente, presentan amplio citoplasma pálido y puede verse una pequeña luz hacia el centro del ácino (flecha).

Figura 5-38. Ácino mixto. Detalle de un sector de glándula submaxilar. Observe ácinos serosos, algunos mucosos y otros que presentan en un extremo del componente mucoso su componente seroso, semiluna serosa (flecha negra).

Capítulo 5

■ Tejidos

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hallan dentro de la membrana basal, pero fuera de la luz del ácino. Al contraerse, comprimen toda la estructura y favorecen la salida del producto.

Glándulas endocrinas Se define su naturaleza endocrina cuando las células epiteliales que invaginan al interior del conjuntivo y conectan las porciones secretoras con la luz sufren procesos de apoptosis, de esta forma no desarrollan conductos y sus productos, por lo general hormonas, los liberan al torrente circulatorio, de ahí que deban establecer una íntima relación con capilares sanguíneos o linfáticos (figura 5-35, D). Muchas glándulas endocrinas se organizan conformando órganos, por ejemplo, hipófisis, glándulas suprarenales; otros tejidos endocrinos se asocian a través del conjuntivo a glándulas exocrinas (p. ej., páncreas); otros, se involucran en órganos como ovario, testículo, placenta. Por la complejidad funcional y sus implicaciones en la regulación de muchos procesos corporales deben ser estudiadas en capítulos independientes. En este apartado sólo se menciona la disposición histológica general que ofrecen la mayoría de estos órganos. Desde el punto de vista histológico se identifican dos tipos de organizaciones: 1. Cordonal. 2. Folicular.

Figura 5-40. Organización glandular endocrina tipo folicular. Las células secretoras de la glándula tiroides se disponen en folículos, estructuras redondeadas tapizadas por epitelio cúbico simple o plano simple. En su interior, teñido acidofilamente se acumula el coloide.

Las células descargan sus productos en el espacio intersticial de donde rápidamente son absorbidos hacia el torrente circulatorio. Sólo pueden almacenar pequeñas cantidades de hormonas intracelulares.

Glándulas endocrinas de organización cordonal

Glándulas endocrinas de organización folicular

La hipófisis anterior, el componente endocrino del páncreas, las suprarrenales y la glándula pineal, son ejemplos típicos de esta forma de organización. Las células secretoras se disponen en cordones y a través de su membrana basal se rodean de capilares sanguíneos, generalmente sinusoides (figura 5-39).

La glándula tiroides, a diferencia de las otras glándulas endocrinas, almacena su producto de secreción dentro de pequeñas cavidades redondeadas rodeadas por las células secretoras. Esas unidades esferoidales se denominan folículos tiroideos. Cada folículo está conformado por un epitelio cúbico alto o bajo (según la actividad secretora de la estructura) rodeado de membrana basal, la cual establece estrecho contacto con capilares fenestrados desarrollados de la red sanguínea (figura 5-40). En el centro de cada folículo se acumula el coloide conformado sobre todo por tiroglobulina, una glucoproteína yodada de gran tamaño que constituye la forma inactiva de las hormonas tiroideas. Para activar las hormonas se requiere una serie de pasos que involucran la recaptación y el procesamiento por parte de las células tiroideas del coloide almacenado.

Correlación clínica

Figura 5-39. Organización glandular endocrina tipo cordonal. En un pequeño sector de la hipófisis anterior se pueden observar grupos de células secretoras en disposiciones irregulares, dispuestas como cordones, en íntima relación con capilares sanguíneos.

Puesto que las glándulas exocrinas son tejidos epiteliales, podrán presentar las mismas alteraciones que se consideraron al revisar los epitelios de revestimiento; ante agresiones pueden hacer metaplasia, displasia o anaplasia. En personas con reflujo gastroesofágico se puede presentar el reemplazo del epitelio plano estratificado mucoso por epitelio cilíndrico simple en la porción distal del esófago (esófago de Barrett); el epitelio cilíndrico simple del estómago puede sufrir metaplasia intestinal.

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Histología y biología celular

La metaplasia se presenta con frecuencia en cuello uterino, en epitelio gástrico, en esófago, en vías urinarias o en endometrio. Constituye un signo de alerta pues el proceso puede avanzar hasta lesiones malignas. Los tumores de origen glandular se denominan adenocarcinomas.

¿Qué es la fibrosis quística? Es una enfermedad genética autosómica recesiva de elevada mortalidad; se caracteriza por una disfunción de las glándulas exocrinas; las células epiteliales presentan daños a nivel de los canales de cloro, produciendo alteraciones en las concentraciones de cloro y sodio, que llevan a la producción de un moco espeso y viscoso donde las bacterias quedan atrapadas, facilitando las infecciones recurrentes y obstrucción de los conductos de los órganos donde se localizan. Las personas afectadas presentan enfermedad pulmonar progresiva, insuficiencia pancreática, alteración en las células caliciformes, obstrucción intestinal, alteración en la secreción de electrólitos en sudor, azoospermia en hombres y disminución de la fertilidad en mujeres.

Origen embriológico de los epitelios Los epitelios se pueden diferenciar de las tres hojas germinativas. Constituido el cigoto y pasados los periodos de mórula y blástula, en el embrioblasto se diferencian tres capas germinativas: ectodermo, mesodermo, endodermo. De las células de mesodermo se producen proteoglucanos, glucosaminoglucanos y otras sustancias proteicas. Estos elementos son aprovechados por las células epiteliales como una guía para ser utilizada como el medio de avance epitelial para cubrir una superficie u órgano; a su vez, determinará el progreso celular de las células inmaduras, que aportan proteínas transmembrana y filamentos intermedios para finalmente constituir la membrana basal. Consolidada la base de apoyo y nutrición con el conjuntivo, las células desarrollan especializaciones en sus membranas citoplasmáticas laterales que les permite asociarse íntimamente sin perder la interacción con el medio.

Tejido conjuntivo Introducción. Generalidades del tejido conjuntivo El tejido conjuntivo (o conectivo) está compuesto por células y matriz extracelular, la cual comprende a la sustancia fundamental y a las fibras inmersas en ella. Este tejido permite que se forme un continuo con el tejido epitelial, el muscular y el nervioso. El tejido conjuntivo tiene su origen en el mesodermo, a partir del cual se forma el mesénquima, un tejido conjuntivo primitivo, las células mesenquimatosas migran a todo el cuerpo y forman los tejidos conjuntivos y sus células. El tejido conjuntivo en el adulto se clasifica en dos variedades, el tejido conjuntivo propiamente dicho y el

especializado, que corresponde a los tejidos adiposo, cartilaginoso, óseo, linfoide y la sangre. Las diversas variedades de tejido conjuntivo tienen a su cargo funciones especializadas, entre ellas el soporte estructural, como el que realiza el cartílago en los ligamentos que sostienen de manera conjunta a los huesos y los tendones que se unen a los músculos, los cuales se fijan a los huesos brindando apoyo. El tejido conjuntivo también constituye un medio de intercambio de desechos, nutrientes y oxígeno, entre la sangre y diferentes tejidos, además, este intercambio permite que los epitelios se nutran, oxigenen y liberen desechos, ya que todos éstos son avasculares. Asimismo, constituye una línea de defensa y protección del cuerpo contra agentes patógenos, ello debido a que en el tejido conjuntivo residen células fagocíticas como los macrófagos y leucocitos, los cuales migran para vigilar las diferentes superficies corporales y eliminar antígenos. Las citocinas que son proteínas liberadas por estas células también favorecen la protección contra microorganismos ya que modulan la inflamación y favorecen la destrucción de patógenos. Todos los tipos de tejido conjuntivo no son más que derivados del mesénquima embrionario, pero la forma en que las células mesenquimáticas proliferan y se organizan determina el tipo de tejido conjuntivo maduro que se formará en un sitio dado. La clasificación del tejido conjuntivo se basa en su función y en la organización de sus células y de sus componentes extracelulares. En el cuadro 5-1 se presenta una clasificación que incluye los principales tipos de tejido conjuntivo. Esta sección aborda lo correspondiente al tejido conjuntivo propiamente dicho y el tejido conjuntivo especializado se revisa más adelante. Cuadro 5-1 Principales tipos de tejido conjuntivo

Clasificación del tejido conjuntivo 1) Tejido conjuntivo embrionario Tejido conjuntivo mesenquimático Tejido conjuntivo mucoso 2) Tejido conjuntivo del adulto Tejido conjuntivo propiamente dicho Tejido conjuntivo laxo o areolar Tejido conjuntivo denso irregular Tejido conjuntivo denso regular Tejido conjuntivo especializado Cartílago Hueso Adiposo Hematopoyético Linfoide

Capítulo 5

Tejido conjuntivo embrionario El tejido conjuntivo embrionario se clasifica en dos subtipos: mesenquimático y mucoso. • Tejido conjuntivo mesenquimático. Este tejido sólo se encuentra en el embrión y se conforma por células mesenquimatosas fusiformes con núcleo de cara abierta y nucleolos prominentes, inmersas en sustancia amorfa con fibras reticulares finas dispersas. • Tejido conjuntivo mucoso. Es un tejido conjuntivo amorfo y laxo que se encuentra en el cordón umbilical y en el tejido subdérmico del embrión, está compuesto por una abundante matriz extracelular especializada cuya sustancia fundamental recibe el nombre de gelatina de Warthon la cual posee ácido hialurónico y escasas fibras de colágeno tipos I y III. Contiene, además, células mesenquimatosas y fibroblastos muy separados entre sí, como se observa en la figura 5-41.

Tejido conjuntivo del adulto Se diferencian dos tipos de tejido conjuntivo en el adulto: • El tejido conjuntivo laxo o areolar. • El tejido denso regular e irregular. El tejido conjuntivo laxo, llamado también areolar, se caracteriza por tener muchas células y pocas fibras. La sustancia fundamental es abundante y ocupa más espacio que las fibras, tiene consistencia gelatinosa y es muy importante para la difusión de oxígeno y nutrientes a los tejidos. Se encuentra debajo de los epitelios, rodeando a las glándulas y vasos sanguíneos pequeños y por su localización es el primer sitio donde ocurren las reacciones inflamatorias e inmunitarias y, por tanto, las células involucradas en el sistema de defensa son muy abundantes en este tejido.

Figura 5-41. Cordón umbilical teñido con H-E, se observa tejido conjuntivo mucoso con muy pocas fibras y escasas células (200×).

■ Tejidos

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Por otra parte, el tejido conjuntivo denso se caracteriza por tener muchas fibras y pocas células. De acuerdo con la organización de sus fibras se clasifica en regular e irregular. El tejido conjuntivo denso irregular o no modelado contiene sobre todo fibras de colágeno y la mayoría de sus células son fibroblastos. Tiene una gran resistencia debida a la orientación de sus fibras en varias direcciones por lo que es posible encontrar este tejido en las cápsulas de algunos órganos, en la submucosa del tubo digestivo y en la capa reticular de la dermis en la piel. El tejido conjuntivo denso regular o modelado tiene muy poca sustancia fundamental y sus fibras se encuentran ordenadas en haces paralelos muy juntos, por lo que provee una resistencia máxima. Se le encuentra formando a los tendones, ligamentos y aponeurosis.

Componentes del tejido conjuntivo propiamente dicho Matriz extracelular La matriz extracelular del tejido conjuntivo se compone de sustancia fundamental hidratada parecida a un gel con fibras inmersas en ella. Esta sustancia fundamental le permite al tejido conjuntivo resistir fuerzas de compresión mientras que las fibras soportan las fuerzas de tensión. El agua de la sustancia fundamental permite el rápido intercambio de nutrientes y metabolitos entre las células y la matriz extracelular.

Sustancia fundamental La sustancia fundamental o amorfa es un material hidratado parecido a un gel compuesto por glucosaminoglucanos, proteoglucanos y glucoproteínas, estas moléculas interactúan entre sí, así como con las fibras y las células inmersas en la matriz fundamental.

Glucosaminoglucanos Los glucosaminoglucanos (GAG) son polisacáridos largos no ramificados, compuestos de cadenas repetidas de disacáridos que se integran por un azúcar amino (N-acetilglucosamina o N-acetilgalactosamina) y un ácido urónico. Las características del azúcar amino permiten que la sustancia fundamental se mantenga hidratada, esto es debido a que estos azúcares suelen sulfatarse, asimismo presentan grupos carboxilo que se proyectan desde ellos, éstos les confieren una carga negativa, por ello atraen cationes como el sodio (Na+), una concentración elevada de sodio en la matriz favorece la llegada de líquido extracelular y, como consecuencia, la matriz permanece hidratada, lo cual aumenta la resistencia a la compresión. Cuando estas moléculas se acercan, se repelen debido a sus cargas negativas, por lo que forman una malla de textura parecida a la que se encuentra en el moco, en el humor vítreo o el líquido sinovial. Existen diferentes tipos de GAG, todos a excepción de uno son sulfatados y presentan un poco menos de 300 uni-

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Histología y biología celular

dades de disacáridos repetidas. Se unen de manera covalente a proteínas para formar proteoglucanos. Los GAG sulfatados son sintetizados y pasan por el aparato del Golgi, éstos incluyen al queratán sulfato, heparán sulfato, condroitín sulfato 4 y 6, y al dermatán sulfato. El ácido hialurónico es el único GAG no sulfatado y, a diferencia de los sulfatados, puede tener hasta 10 000 unidades de disacáridos repetidas y no pasa por el aparato de Golgi, se sintetiza en la cara citoplásmica de la membrana plasmática por las sintetasas de hialuronano, las cuales son proteínas transmembranales que además facilitan la salida del ácido hialurónico hacia la matriz extracelular. Este GAG no forma proteoglucanos como los sulfatados, sin embargo los proteoglucanos se unen al ácido hialurónico mediante proteínas de enlace.

Proteoglucanos Los proteoglucanos son centros proteicos a los cuales se enlazan de manera covalente varios glucosaminoglucanos sulfatados. Estas estructuras semejan un cepillo donde la proteína constituye el centro de la estructura y, en el ejemplo, el tallo de alambre y los GAG que se unen al centro proteico y se proyectan desde su superficie, corresponderían a las cerdas del cepillo. Los GAG se unen al centro proteico mediante un trisacárido de enlace que está acoplado a través de una unión O-glucosídica al centro proteico y tiene numerosos residuos de serina y treonina que le permiten unir varios GAG.

Los proteoglucanos tienen tamaños variables, la cantidad de GAG unidos a la proteína central va desde 1 (en este caso se llama decorina) hasta 200 (en cuyo caso recibe el nombre de agrecano). Además, la proteína central puede tener asociados GAG idénticos como el fibroglucano, versicano o diferentes como el agrecano o sindecano. En la figura 5-42 se observa la estructura de estos componentes de la matriz extracelular. Los proteoglucanos tienen diferentes funciones, debido a que ocupan un gran volumen le permiten al tejido conjuntivo resistir fuerzas de compresión, asimismo, evitan que microorganismos y células neoplásicas se difundan fácilmente entre los tejidos, sin embargo, las células migrantes del tejido conjuntivo como macrófagos y los leucocitos sí pueden desplazarse entre ellos. Además, los proteoglucanos forman una malla que funciona como un filtro, al asociarse con la lámina basal, este filtro selecciona y regula el paso de macromoléculas que viajan a través de ella. Son sitios de unión para diferentes moléculas que participan en las vías de señalización como el factor de crecimiento transformante β (TGFβ, del inglés transforming growth factor β) de manera que bloquean estas vías al evitar que se unan con células diana. Otras participan en la formación de algunas fibrillas, por ejemplo, la decorina que se une a las moléculas de colágeno y las orienta. Otras como el sindecano son proteínas transmembranales que se asocian con el citoesqueleto de actina y permiten que la célula se fije a la matriz extracelular.

GAG Monómero de proteoglucano Proteína central

Aglomeración de proteoglucanos

Proteína de enlace

Hialurano

Fibras elásticas

Fibras de colágeno

Figura 5-42. Estructura de los proteoglucanos. Este esquema representa la estructura general de los proteoglucanos y su relación con el ácido hialurónico.

Capítulo 5

Los diferentes proteoglucanos, su composición y sus funciones se resumen en el cuadro 5-2.

Glucoproteínas Las glucoproteínas son grandes moléculas de adhesión que se encargan de unir los diferentes elementos de la matriz extracelular entre sí y de fijar a las células a la matriz mediante su asociación con proteínas de anclaje de las membranas celulares como las integrinas. Las principales proteínas de adhesión son: fibronectina, laminina, entactina, tenascina, condronectina y osteonectina. La fibronectina es la proteína más abundante del tejido conjuntivo producida por los fibroblastos. Esta molécula tiene dos brazos, uno que posee sitios de unión para colágeno, heparina, sulfato de heparán y ácido hialurónico y el otro brazo de la molécula reconoce integrinas de la membrana celular. Aunque la fibronectina se encuentra en tejido conjuntivo, también puede encontrarse en la sangre como fibronectina plasmática, la cual facilita la cicatrización, la coagulación y la fagocitosis. La laminina es una glucoproteína localizada por lo general en la lámina basal, posee sitios de unión para el sulfato de heparán, colágeno tipo IV, entactina y las membranas celulares. La entactina es una glucoproteína sulfatada, se asocia con las moléculas de colágeno tipo IV facilitando de esta manera la unión de otras proteínas como la laminina al colágeno. Por otra parte, la tenascina se expresa en condiciones naturales en el tejido embrionario donde marca vías específicas para que las células puedan migrar durante la reparación de heridas, también se encuentra presente en las uniones musculotendinosas y se expresa en los tumores,

■ Tejidos

101

tiene sitios de unión para sindecanos y fibronectina por lo que permite la unión de las células a la matriz extracelular. La condronectina y la osteonectina están presentes en la matriz extracelular del cartílago y el hueso respectivamente, y ayudan a fijar a las células a su matriz, la condronectina tiene sitios de unión para el colágeno tipo II presente en el cartílago, sulfato de condroitina, ácido hialurónico, e integrinas de cartílago. La osteonectina se asocia con el colágeno de hueso (colágeno tipo I), así como con proteoglucanos e integrinas de osteoblastos y osteocitos, además, participa en el secuestro de calcio y en la calcificación de la matriz ósea.

Fibras del tejido conjuntivo Fibras de colágeno La función de las fibras de colágeno es dar fuerza y flexibilidad, así como resistencia a la tensión y la tracción longitudinal. Las fibras de colágeno son las más abundantes del tejido conjuntivo y en el microscopio de luz, con tinción H-E se pueden observar de color rosa, es decir, tienen acidofilia. Particularmente se evidencian con otras tinciones como tricrómico de Mallory o Masson, en la cual se observan de color azul. En el MET se observan las fibras con estriaciones transversales y es factible identificar un patrón de bandas que tienen una periodicidad de 68 nm. Estas fibras están formadas originalmente por tres cadenas polipeptídicas α que se enroscan para formar una triple hélice. Dichas cadenas tienen sobre todo hidroxiprolina, hidroxilisina y prolina, cabe mencionar que en la hidroxilación de estos aminoácidos tiene un papel muy importante la vitamina C (ácido ascórbico), sin estas hidroxilaciones no se forman los enlaces de hidrógeno necesarios para formar la estructura definitiva de la mo-

Cuadro 5-2 Proteoglucanos

Proteoglucano

Composición

Localización

Función

Agrecano

El ácido hialurónico conforma el centro de esta molécula lineal a partir del cual se proyectan hasta 200 proteoglucanos formados por GAG como el condroitín sulfato y el queratán sulfato

Cartílago

Hidratar la matriz extracelular del cartílago

Decorina

Sólo lo conforma una cadena y puede ser de condroitín sulfato o dermatán sufato

Tejido conjuntivo, cartílago y hueso

Participa en la formación de las fibras de colágeno. Regula el espesor de estas fibrillas y las orienta

Versicano

Contiene 12-15 cadenas de condroitín sulfato unidas a la proteína central

Piel, músculo liso, células mesangiales del riñón

Participa en la interacción célula-célula y célula-matriz extracelular

Sindecano

Proteína transmembranal, contiene cantidades variables de heparán sulfato y condroitín sulfato

Epitelios embrionarios

Vincula a las células con la matriz extracelular Funciona como correceptor y se asocia con el factor de crecimiento de fibroblastos y permite el reconocimiento del receptor en células vecinas

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Histología y biología celular

DENTRO DEL FIBROBLASTO

RER Cadenas polipeptídicas alfa

FUERA DEL FIBROBLASTO

Las moléculas de colágeno se ensamblan de manera escalonada para formar una fibrilla de colágeno

Molécula de colágeno

Triple hélice o procolágeno Glucosilación e hidroxilación Vitamina C importante para la hidroxilación de prolina y lisina

Molécula de colágeno o tropocolágeno Aparato de Golgi Embalaje y exocitosis de procolágeno

Separación de los extremos no helicoidales del procolágeno por la enzima procolágeno peptidasa

lécula de colágeno. Además, unidos a la hélice hay sacáridos, por tanto, el colágeno se clasifica como glucoproteína. Existen 42 tipos de cadena α codificadas por genes diferentes que se pueden combinar de diferentes maneras dando lugar a los 27 tipos de colágeno conocidos que se identifican con números romanos de acuerdo con la cronología de su descubrimiento. Sin embargo, los principales tipos de colágeno son los primeros cuatro, ya que juntos forman alrededor del 90% de todo el colágeno del organismo. El colágeno de tipo I se encuentra sobre todo en hueso, tejido conjuntivo propiamente dicho, tendones y ligamentos. El colágeno de tipo II es muy abundante en cartílago, el colágeno III es el constituyente de las fibras reticulares de las que se ampliarán más adelante algunos detalles. El colágeno de tipo IV se encuentra en las láminas basales que le dan sostén al tejido epitelial. Las cadenas polipeptídicas α se forman en el retículo endoplásmico rugoso (RER) del fibroblasto y ahí mismo ocurre la hidroxilación y glucosilación, así como también se ensambla la triple hélice, conocida también como procolágeno que es empaquetada en el aparato de Golgi para ser exocitada posteriormente. Una vez fuera del fibroblasto la enzima procolágeno peptidasa escinde los extremos no helicoidales del procolágeno para formar la molécula de colágeno, conocida también con el nombre de tropocolágeno. Esta molécula se alinea en hileras y autoensambla en forma longitudinal cabeza con cola y de modo transversal de manera escalonada, como se observa en el esquema de la figura 5-43, para formar las fibrillas (que pueden tener varios tipos de colágeno) y finalmente, varias fibrillas forman una fibra de colágeno. En la figura 5-44 se aprecia un corte de tendón con gran cantidad de fibras de colágeno.

Figura 5-43. En este esquema se observa la secuencia de eventos necesarios para la producción de las fibras de colágeno tanto en el espacio intracelular como en el extracelular.

El escorbuto, que es consecuencia de la carencia de vitamina C, se presentaba en la antigüedad en los marinos o en las personas que hacían largos viajes en barco porque no llevaban suficientes frutas que les proporcionaran esa vitamina. Esta enfermedad se caracteriza porque no se forman suficientes fibras de colágeno normales. Al no haber la cantidad adecuada de hidroxiprolina, el colágeno es más laxo y los pacientes tienen tendencia a hemorragias en la piel y en las encías por mayor fragilidad capilar, además puede haber deformaciones óseas y hasta fracturas.

Figura 5-44. Tendón teñido con Masson, se observa tejido conjuntivo denso regular con abundantes fibras de colágeno en disposición paralela (400×).

Capítulo 5

■ Tejidos

103

Fibras elásticas Son fibras muy delgadas, forman redes, su función es proporcionar resistencia a la tracción y presión, tienen la capacidad de deformarse y después regresar a su estado original. Se observan de un rosa muy pálido en cortes teñidos con H-E, se requieren tinciones especiales como la de orceína en la cual se observan de color marrón rojizo, hematoxilina de Verhoeff en la cual se observan de color negro y de color rojo vino con la tinción de Gallego. Están compuestas de microfibrillas que están formadas por una proteína llamada fibrilina, dispuestas en haces incluidos en un material amorfo hecho de elastina. La elastina tiene poca hidroxiprolina, pero tiene abundante desmosina e isodesmosina las cuales se encargan de unir cuatro elastinas entre sí, lo que la hace muy insoluble. Algunos de los órganos que se caracterizan por tener abundantes fibras elásticas son las arterias de conducción como la aorta, el pulmón y la laringe, sitios en donde se hace evidente la necesidad de este tipo de fibras por la función que llevan a cabo. En la figura 5-45 se muestra un acercamiento a la capa media de la aorta para observar la gran cantidad de fibras elásticas.

Fibras reticulares Son fibras muy delgadas y, como su nombre lo dice, tienden a formar redes que tienen como función el dar sostén a órganos hematopoyéticos, linfopoyéticos y del sistema endocrino fundamentalmente, aunque se encuentran en algunos otros tejidos formando la capa reticular de la membrana basal. No se observan con la tinción H-E y se hacen evidentes con tinciones argénticas (Wilder, Gomory), en las cuales se observan de color negro, como se observa en la figura 5-46. La tinción de PAS las hace evidentes y se tiñen de color rojo magenta.

Figura 5-46. Fibras reticulares en un corte de hígado con tinción de Wilder. Se observan las fibras de color negro de forma paralela a los cordones de hepatocitos (400×).

Su estructura está hecha de fibras de colágeno de tipo III y proteoglucanos.

Células de tejido conjuntivo Las células de tejido conjuntivo derivan de células mesenquimatosas y son responsables de muchas de las funciones atribuibles al tejido conjuntivo. Se clasifican en fijas y móviles. Se llaman fijas, residentes o propias a todas aquellas células que se desarrollan y permanecen en el tejido conjuntivo durante toda su vida y, además, es en este tejido donde realizan su función. Las células móviles o migrantes son aquellas células que se originan en médula ósea, viajan por sangre y llegan al tejido conjuntivo para ejercer su función y, por lo general, su vida es muy corta en este tejido (cuadro 5-3).

Células fijas Fibroblastos

Figura 5-45. Fibras elásticas de la capa media de la aorta, evidenciadas con la tinción de Verhoeff (400×).

Son las células más abundantes del tejido conjuntivo, su función es elaborar la matriz extracelular, tanto las fibras como la matriz amorfa. Es una célula que deriva de células mesenquimatosas y puede diferenciarse hacia células adiposas o incluso a condrocitos, como en el caso del fibrocartílago. En los cortes en microscopio de luz se observan con dificultad, se ve con claridad su núcleo, paralelo al eje largo de las fibras de colágeno, pero escasamente el citoplasma, como se observa en la figura 5-47. Cuando la célula está activa, con tinción H-E se observa fusiforme, con núcleo ovalado de cara abierta, el citoplasma ligeramente basófilo por la abundante cantidad de RER, el organelo es evidente en las imágenes de MET, junto con el aparato de Golgi e incluso se observa que la célula presenta algunas ramificaciones. Si la célula está inactiva recibe el nombre

104

Histología y biología celular

Cuadro 5-3 Clasificación de células de tejido conjuntivo

Células fijas o propias

Células móviles o migrantes

Fibroblastos

Macrófagos

Miofibroblastos

Células plasmáticas

Adipocitos

Leucocitos

Pericitos Mastocitos o células cebadas

tos y las células de músculo liso. Son particularmente importantes en la cicatrización debido a que tienen capacidad de contracción y con ello facilitan la reparación de la herida al ayudar a aproximar los bordes. También se han observado en el ligamento periodontal y se postula que favorecen la erupción de los dientes. Tienen una forma muy parecida a la del fibroblasto, pero en el MET se observan filamentos de actina y cuerpos densos muy parecidos a los de las células de músculo liso, que les da la capacidad contráctil.

Adipocitos de fibrocito, su núcleo es más condensado y su citoplasma es acidófilo. Algunas de las moléculas que aumentan la síntesis de matriz por parte de los fibroblastos son el TGF-β y el factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF, del inglés platelet-derived growth factor) que en condiciones fisiológicas favorecen la cicatrización.

Miofibroblastos Son células también derivadas de células mesenquimatosas que comparten estructura y función con los fibroblas-

En la cicatrización hay proliferación y aumento de la actividad de los fibroblastos para reparar la herida. Los glucocorticoides inhiben la síntesis de matriz por parte de los fibroblastos, motivo por el cual los cirujanos plásticos suelen utilizar pomadas con glucocorticoides para contribuir a que se forme una cicatriz más estética y evitar la formación de grandes cicatrices conocidas como “cicatrices queloides”.

Los adipocitos derivan de células mesenquimatosas y se especializan en sintetizar y almacenar lípidos, particularmente triglicéridos. Existen dos tipos de adipocitos, los adipocitos uniloculares y los adipocitos multiloculares. Ambos tipos celulares se verán con mayor detalle en la sección de tejido adiposo. Los adipocitos uniloculares son los más abundantes del cuerpo y miden de 50 a 100 μm de diámetro, tienen una forma muy característica, llamada “anillo de sello” debido a que están formados por una gran gota de grasa que abarca casi la totalidad de la célula, rodeada por un escaso reborde de citoplasma y el núcleo en la periferia. Adquieren una forma poliédrica cuando están en tejido adiposo. En los cortes para microscopía de luz con la técnica histológica convencional, teñidos con H-E, no se observan los lípidos debido a que los solventes empleados como el xilol degradan las grasas. Si se desea evidenciar estos lípidos se recomienda hacer cortes por congelación y teñir con Sudán rojo o negro. Los adipocitos multiloculares forman parte del tejido adiposo pardo, cuya función es la producción de calor, debido a que desacoplan la fosforilación oxidativa y, en lugar de producir ATP, liberan la energía en forma de calor. Son más pequeños, poligonales y tienen varias gotitas pequeñas de grasa. Con respecto a los adipocitos uniloculares tienen mayor número de mitocondrias (de hecho, los citocromos característicamente le dan el color pardo al tejido) y menor número de ribosomas. Se encuentran sobre todo en el recién nacido y en algunos sitios particulares en el adulto.

Pericitos o células perivasculares Son células que se diferencian a partir de células mesenquimatosas. Como su nombre lo indica se encuentran rodeando a los capilares y vénulas pequeñas para darles sostén. Tienen una forma alargada, con prolongaciones largas y delgadas. Conservan la capacidad de diferenciarse en otras células como fibroblastos o como músculo liso bajo ciertas condiciones. Figura 5-47. Tendón teñido con H-E en el que se observan los núcleos de los fibroblastos en disposición paralela a las fibras de colágeno (flechas) (400×).

Mastocitos o células cebadas Células que participan en las reacciones inflamatorias debido a que producen y liberan sustancias que favorecen

Capítulo 5

■ Tejidos

105

la vasodilatación y el flujo de células de sistema inmune al sitio que se requiera. En algunas condiciones son responsables de una respuesta exagerada del sistema inmunológico conocido como reacciones de hipersensibilidad inmediata que puede poner en riesgo la vida de las personas si progresa a anafilaxia. Se originan a partir de células de médula ósea que son liberadas a la sangre, en la cual pasan muy poco tiempo y llegan al tejido conjuntivo donde se desarrollan y maduran a células cebadas. Tienen el mismo precursor que los basófilos de la sangre, sin embargo, no se trata de la misma célula. En el tejido conjuntivo estas células tienden a localizarse cerca de los vasos sanguíneos, llegan a medir entre 20 a 30 μm de diámetro, son ovaladas, con núcleo esférico, en su superficie tienen receptores para la inmunoglobulina E, tienen una gran cantidad de gránulos que contienen heparina, histamina, proteasas neutras (triptasa, quimasa, carboxipeptidasa), arilsulfatasa, además de factores quimiotácticos de eosinófilos y de neutrófilos. Todos estos productos almacenados en los gránulos son conocidos como mediadores primarios o preformados. Existen otros productos que son sintetizados en el momento en que se activa el mastocito y que son derivados del ácido araquidónico, como leucotrienos, tromboxanos y prostaglandinas, así como otras citocinas que favorecen el proceso inflamatorio, éstos son conocidos como mediadores secundarios o recién sintetizados. Los gránulos de los mastocitos tienen metacromasia al teñirse con azul de toluidina debido a su contenido de heparina, la cual es un glucosaminoglucano sulfatado, con función anticoagulante. En la figura 5-48 se observa una célula cebada con una gran cantidad de gránulos.

Células móviles

Figura 5-48. Célula cebada en un corte de cordón espermático teñido con tricrómico de Gallego en la cual se observan sus abundantes gránulos.

Figura 5-49. Ganglio traqueal teñido con H-E en el que se evidencian los macrófagos debido a su contenido de carbón adquirido por fagocitosis (flechas) (200×).

Macrófagos Los macrófagos son células muy importantes para el buen funcionamiento del sistema inmunológico. Forman parte del sistema fagocítico mononuclear. Cumplen funciones de defensa y de limpieza puesto que pueden fagocitar microorganismos invasores o detritus celulares, células viejas o dañadas, etc. Además de su función fagocítica, forman parte esencial de la respuesta inmune porque son células presentadoras de antígeno, es decir, a través de su MHC II (molécula de complejo principal de histocompatibilidad II) muestran el antígeno al linfocito T para que inicie una respuesta inmune específica contra ese antígeno. En el tejido conjuntivo, tienen una vida media de dos meses. Estas células se originan a partir de los monocitos que viajan en sangre y estos últimos derivan de un precursor de médula ósea. Son células grandes, de 25 a 30 μm de diámetro, con núcleo arriñonado, cuando están activadas tienden a formar prolongaciones del citoplasma conocidas como filopodios o lamelipodios para fagocitar, su citoplasma es ligeramente basófilo, con vacuolas, tienen RER bien desarrollado y aparato de Golgi pero, sobre todo, para cumplir su función adecuadamente, tienen una gran cantidad de lisosomas. De hecho, si se quieren observar en el microscopio se pueden utilizar técnicas de histoquímica para determinar el contenido de fosfatasa ácida de sus lisosomas. En la figura 5-49 se evidencian los macrófagos por su contenido de carbón como inclusión exógena. En su superficie, expresan el receptor para la fracción constante de los anticuerpos (FcR) que les facilita llevar a cabo el reconocimiento de lo que deben fagocitar y, ade-

106

Histología y biología celular

Cuadro 5-4 Macrófagos

Órgano o tejido

Nombre

Tejido conjuntivo

Histiocito

Hígado

Célula de Kupffer

Pulmón

Célula de polvo o macrófago alveolar

Piel

Célula de Langerhans

Riñón

Células mesangiales

Tejido óseo

Osteoclastos

Sistema nervioso central

Microglía

más, tienen moléculas del complejo principal de histocompatibilidad (MHC) de tipo I y de tipo II, siendo el MHC II el que le permite presentar antígenos al interaccionar con el receptor CD4 de los linfocitos T cooperadores. El sistema fagocítico mononuclear está formado por macrófagos que reciben diferentes nombres, de acuerdo con el sitio en donde se encuentran. En el cuadro 5-4 se presentan los principales nombres que se les dan a los macrófagos. En algunas ocasiones, si es dif ícil la fagocitosis de un cuerpo extraño o algún microorganismo es resistente a la degradación por los macrófagos, se acumulan varios de ellos para formar una célula gigante de cuerpo extraño, como se ve en la figura 5-50, y si tiene los núcleos distribuidos en la periferia, formando un anillo, se conoce con el nombre de célula de Langhans.

Células plasmáticas o plasmocitos Estas células se originan a partir de los linfocitos B, su función es la producción de anticuerpos, que son gluco-

Figura 5-50. Células gigantes de cuerpo extraño en un corte de granuloma de piel, teñido con H-E, se observan sus múltiples núcleos que corresponden a macrófagos fusionados.

Figura 5-51. Células plasmáticas, la flecha señala una célula en la que se observa la cromatina en rueda de carreta y, además, se hace evidente la imagen negativa del aparato de Golgi (1 000×).

proteínas conocidas con el nombre de inmunoglobulinas que tienen como función el reconocer directamente al antígeno para favorecer su destrucción por parte de las células fagocíticas del sistema inmune. Cada célula plasmática tiene la función de producir sólo un tipo de anticuerpo específico. Miden de 15 a 20 μm, son ovaladas, tienen un núcleo excéntrico, redondo con heterocromatina dispuesta en grumos radiales (“en rueda de carreta o carátula de reloj”), junto al núcleo hay una zona pálida llamada imagen negativa del aparato de Golgi, el resto del citoplasma es basófilo debido a la gran cantidad de RER, tal y como se observan en la figura 5-51. Algunos autores describen los cuerpos de Roussell, que son grumos acidófilos que corresponden a vesículas con anticuerpos.

Leucocitos Los leucocitos son células que tienen su origen en la médula ósea, viajan a través de la sangre para llegar a los sitios en donde llevan a cabo su función como es el caso del tejido conjuntivo en todo el organismo y los órganos linfoides principalmente. Todos los leucocitos tienen gránulos inespecíficos en su interior, llamados gránulos azurófilos o primarios y que en realidad son lisosomas que son importantes para que lleven a cabo su función. Se clasifican de acuerdo con la presencia o no de gránulos específicos o secundarios en los granulocitos y agranulocitos respectivamente. Los leucocitos granulocitos son neutrófilos, basófilos y eosinófilos. Los neutrófilos, conocidos también como micrófagos, puesto que su principal función es la fagocitosis de bacterias. En las infecciones bacterianas localizadas son los responsables de la formación de pus, que contiene células, bacterias muertas y neutrófilos. Los basófilos son

Capítulo 5

muy parecidos en morfología y función a las células cebadas, se dice que tienen el mismo origen en médula ósea. Los eosinófilos son antiparasitarios y ayudan a disminuir la respuesta inmunológica, cuando ésta cumplió su función o en las reacciones de hipersensibilidad, al fagocitar complejos antígeno-anticuerpo. Los leucocitos agranulocitos son monocitos y linfocitos. Como ya se mencionó, los monocitos dan origen a los macrófagos, de los que ya se habló antes. Los linfocitos son las células más importantes de la respuesta inmunológica específica, se clasifican en T, B y NK. Los linfocitos T son los responsables de la inmunidad celular, es decir la destrucción de los microorganismos o cuerpos extraños a través de las propias células del sistema inmune. Los linfocitos B son los responsables de la inmunidad humoral, es decir, la respuesta que está mediada por anticuerpos y, como ya se mencionó, dan origen a las células plasmáticas. Las células NK (“natural killer”) son citotóxicas para células infectadas con virus y células transformadas o tumorales. Los leucocitos serán abordados con mayor detalle más adelante, en el Capítulo 6, Sangre.

Correlación clínica

■ Tejidos

107

desde un exantema leve (enrojecimiento de la piel) hasta una obstrucción de la vía respiratoria superior, con o sin colapso vascular. La anafilaxia sistémica es la manifestación más grave e importante de los padecimientos alérgicos. La primera vez que se está en contacto con un alergeno (sustancia que puede producir alergia, por ejemplo, ácaros de polvo, polen, penicilina) no hay ninguna sintomatología, pero se inicia una respuesta inmunológica contra esta sustancia, con la producción de anticuerpos IgE que se unen a las células cebadas y las sensibilizan. En una exposición subsecuente al mismo alergeno, éste es reconocido por la IgE de la célula cebada y se produce un enlace cruzado y agrupamiento de los receptores que provocan la liberación de los mediadores primarios y la síntesis, así como la liberación de los mediadores secundarios. Las manifestaciones clínicas en la anafilaxia se deben en gran parte a la histamina, que causa vasodilatación y aumenta la permeabilidad de vasos sanguíneos con lo que la presión arterial disminuye, además, causa broncoespasmo y aumenta la producción de moco en vías respiratorias por lo que el paciente inicia con dificultad respiratoria. Los leucotrienos también ocasionan broncoespasmo, lo que agrava la reacción que puede ser tan grave que ponga en riesgo la vida del paciente.

¿Existen enfermedades del tejido conjuntivo? Sí, una de ellas es el síndrome de Ehlers-Danlos en el que los pacientes tienen hiperlaxitud articular e hiperelasticidad de la piel y pueden tener fragilidad de los tejidos en general. Esta enfermedad se debe a un grupo heterogéneo de anomalías genéticas, que pueden ser anomalías en el gen de colágeno I, III o V o por un defecto en el gen de la enzima lisil hidroxilasa que ocasiona un enlace transversal anormal entre moléculas de tropocolágeno. Lo anterior trae como consecuencia una producción de colágeno deficiente que ocasiona la sintomatología asociada al padecimiento. Los pacientes tienen una vida normal, pero se ha visto que tienen un riesgo un poco más elevado de presentar algunas complicaciones como puede ser la rotura prematura de membranas durante el parto en las mujeres y rotura de vasos sanguíneos importantes que pueden ocasionar muerte súbita. Otra enfermedad del tejido conjuntivo es el síndrome de Marfan, el cual se debe a un defecto en el gen de la fibrilina y los pacientes suelen ser altos, delgados, con extremidades largas y, debido a que las fibras elásticas son defectuosas, es común que presenten como complicación un aneurisma aórtico, en el que hay un adelgazamiento de las paredes de esta arteria que llevan a un abombamiento de la misma con probabilidad de rotura que pone en riesgo la vida del paciente.

¿Qué es la anafilaxia? Es una reacción alérgica sistémica en potencia mortal, a menudo de inicio fulminante, con síntomas que oscilan

Tejido adiposo Generalidades del tejido adiposo El tejido adiposo es un tejido conjuntivo especializado con una irrigación abundante, cuyos principales componentes celulares son los adipocitos, los cuales se mantienen unidos formando el tejido mediante una malla de fibras reticulares (colágeno tipo III) que les brindan sostén. El tejido adiposo además alberga otras células como fibroblastos, células endoteliales y macrófagos. El tejido adiposo se especializa en almacenar grasas en forma de triglicéridos como el modo de reserva de energía química más importante, sin embargo sus funciones son aún más complejas, ya que desempeñan una función crucial en la homeostasis energética y participan en la producción de diferentes hormonas por lo que se considera un órgano endocrino importante. El tejido adiposo consiste, desde el punto de vista funcional e histológico, en dos tipos diferentes: el tejido adiposo unilocular o blanco y el multilocular o pardo, se denominan así por el aspecto de sus células bajo el microscopio, su nombre alternativo describe su color en estado fresco. El tejido adiposo unilocular predomina en los seres humanos adultos, mientras que el multilocular se encuentra durante la vida fetal y disminuye a lo largo de la primera década después del nacimiento. Mediante la técnica histológica convencional los lípidos que almacenan los adipocitos se disuelven por la

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Histología y biología celular

acción de solventes como el xileno, por lo cual al microscopio óptico se observa una imagen negativa de estas inclusiones y sólo es visible la matriz extracelular, el reborde de los adipocitos y su núcleo aplanado característico, asimismo puede observarse la gran cantidad de vasos sanguíneos que presenta este tejido. Sin embargo, empleando cortes del tejido congelado, algunas tinciones especiales como el Sudán negro, el Sudán rojo, el Sudán III y IV, el rojo oleoso, el osmio, entre otras, permiten identificar los lípidos almacenados por estas células. Por otra parte, las impregnaciones argénticas evidencian la gran cantidad de fibras reticulares que secretan los adipocitos formando una malla que les brinda soporte.

Tejido adiposo unilocular o blanco Características histológicas del tejido adiposo unilocular El tejido adiposo unilocular está formado por células esféricas grandes (hasta 120 μm de diámetro), que se tornan poliédricas cuando se congregan formando el tejido. Como su nombre lo indica, los adipocitos uniloculares presentan solamente una gran gota lipídica en su citoplasma, en la que almacenan de forma continua triglicéridos, esta gota lipídica crece tanto que se desplaza a la periferia del citoplasma, el núcleo así como a otros organelos contra la membrana plasmática, lo que les confiere a estas células el aspecto de “anillo de sello” cuando se observan al microscopio óptico. Además, mediante MET se observa un pequeño aparato de Golgi, mitocondrias y RER escaso, pero ribosomas libres abundantes. Asimismo, se observa que la gota lipídica no se rodea por membrana, sin embargo, filamentos de vimentina sostienen esta inclusión y la sepa-

ran del citoplasma hidrofílico. Por fuera de las células se encuentra una lámina basal especial rodeada por fibras reticulares y laminina (figura 5-52).

Distribución del tejido adiposo unilocular El tejido adiposo unilocular se encuentra en todo el cuerpo humano rellenando espacios, brindando soporte, protección y forma a algunas estructuras. Se localiza en el tejido conjuntivo subcutáneo constituyendo el panículo adiposo o la hipodermis, la cual tiene una función aislante. También se le encuentra debajo de la piel del abdomen, la región glútea, axilas, los muslos, la región glútea. Las diferencias entre género están dadas en parte por su distribución y grosor. En hombres predomina en cuello, hombros, región glútea; en contraste, en las mujeres se ubica en caderas, mamas, región glútea, superficies laterales de los muslos. En hombres y mujeres la región mamaria es un sitio preferencial para la acumulación de este tipo de tejido, en la mama no lactante el tejido adiposo es el principal componente. Las localizaciones internas de este tejido son el epiplón mayor, el mesenterio, por debajo del pericardio visceral, el espacio retroperitoneal, donde se encuentra de manera abundante alrededor de los riñones y entre los demás órganos rellenando espacios y protegiendo las vísceras. También se encuentra en las cavidades orbitarias alrededor de los globos oculares con la misma función protectora. Además algunos adipocitos se observan en la médula ósea, paratiroides, timo y otros órganos. De igual forma se encuentra formando almohadillas en las palmas de las manos y plantas de los pies. El tejido adiposo estructural que tiene una función protectora no disminuye aun en periodos de ingesta calórica reducida.

Funciones del tejido adiposo unilocular

Figura 5-52. Tejido adiposo unilocular o grasa blanca. Cuando se realiza la técnica histológica habitual, la grasa es extraída y sólo se aprecian los espacios limitados por la membrana del adipocito. Los núcleos (flechas) están marginados ya que el contenido lo empuja hacia la periferia.

El tejido adiposo unilocular almacena energía, proporciona aislamiento térmico, amortigua y protege a los órganos vitales y secreta hormonas. Una de las funciones mejor conocidas del tejido adiposo unilocular es su participación en la homeostasis energética. Este tejido se encarga del almacenamiento de grasas en forma de triglicéridos como una manera de reserva energética. Los triglicéridos se almacenan cuando la ingesta de alimentos es mayor al consumo energético. Bajo condiciones de ayuno extremo, los adipocitos liberan triglicéridos al torrente sanguíneo para que puedan ser utilizados por el tejido muscular y otros que lo requieren para realizar sus funciones. Además, este tejido tiene una función estructural y de protección a los órganos vitales, ya que su distribución es extensa en el cuerpo humano, rellena los espacios amortiguando y protegiendo riñones, corazón y otras vísceras. Recientemente se ha descrito el papel del tejido adiposo como un órgano endocrino, este tejido produce adipoquinas diversas en cuanto a su función y estructura,

Capítulo 5

estas proteínas establecen una red de comunicación con el músculo esquelético, la corteza suprarrenal, el cerebro y el sistema simpático. Incluyen citocinas clásicas, factores de crecimiento y quimiotácticos, factores del complemento, proteínas que regulan la presión arterial, la homeostasis vascular, el metabolismo lipídico, la homeostasis de la glucosa, la angiogénesis y la osteogénesis. Entre estas adipoquinas se encuentra la leptina que actúa a nivel del hipotálamo produciendo una señal de saciedad, sin embargo, otros efectos de la leptina son la estimulación de la hematopoyesis al promover la proliferación y diferenciación de las células hematopoyéticas; la regulación del sistema inmune, la secreción de citocinas por estas células; la angiogénesis, estimulando el crecimiento de las células endoteliales y acelerando la cicatrización y el desarrollo óseo, por su efecto antiosteogénico. La adiponectina inhibe la adhesión de los monocitos a las células endoteliales, la transformación de macrófagos a células espumosas, y la activación de células endoteliales. Presenta un efecto sinérgico con la leptina para incrementar la sensibilidad a la insulina. Factor de necrosis tumoral-α, adipsina y proteína estimulante de acetilación, IL-6, visfatina, omentina, resistina, apelina, proteína 4 ligante de retinol (RBP-4), inhibidor del activador de plasminógeno 1 (PAI-1), son otras adipocinas producidas por este tejido.

Regulación de los adipocitos Una de las funciones metabólicas más importantes del tejido adiposo consiste en la captación de los ácidos grasos de la sangre y su conversión a triglicéridos, la forma en la que se almacenan las grasas en el adipocito se describe en el cuadro 5-5. Después de la ingesta de alimentos, las grasas se descomponen en el duodeno por la lipasa pancreática en ácidos grasos y glicerol, el intestino absorbe estos compuestos y los esterifica en el retículo endoplásmico liso formando triglicéridos, los cuales se asocian con proteínas para formar quilomicrones, la manera en la cual los triglicéridos serán transportados hasta el tejido adiposo. Los quilomicrones entonces se liberan al espacio extracelular mediante las membranas basolaterales de las células intestinales, ahí entran en contacto con vasos linfáticos y se transportan al torrente sanguíneo donde también existen lipoproteínas de muy baja densidad (VLDP) sintetizadas en el hígado y ácidos grasos unidos a albúmina, estos compuestos viajan por el torrente sanguíneo hasta el tejido adiposo, donde la lipasa de lipoproteínas los descompone de nueva cuenta en ácidos grasos y glicerol, que difunden a través de las membranas de los adipocitos, los cuales combinan fosfato de glicerol con los ácidos grasos para formar triglicéridos que se añaden a las gotas lipídicas y se almacenan. Cuando los triglicéridos se requieren, se desdoblan en ácidos grasos y glicerol en un proceso llamado movilización y se liberan al torrente sanguíneo para ser utiliza-

■ Tejidos

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Cuadro 5-5 Adipoquinas producidas por el tejido adiposo unilocular

Adipoquina

Efecto principal

Leptina

Regula el apetito y el consumo energético del organismo; envía señales al hipotálamo sobre el estado de almacenamiento de las grasas (regula la lipogénesis y la lipólisis). Participa en la regulación de la presión sanguínea

Adiponectina

Estimula la oxidación de ácidos grasos, disminuye los triglicéridos del plasma, aumenta la sensibilidad de las células a la insulina

Angiotensinógeno

Regula la tensión arterial y la concentración sérica de electrólitos

IL-6

Regula el metabolismo de la glucosa y los lípidos

TNF-α

Interfiere en el mecanismo de señalización del receptor de insulina, lo que puede ser una causa del desarrollo de la resistencia a insulina en la obesidad

dos por otros tejidos. Los adipocitos también pueden sintetizar ácidos grasos a partir de la glucosa y aminoácidos bajo el estímulo de la insulina. El equilibrio entre el depósito y la movilización de triglicéridos en el tejido adiposo depende de un estímulo nervioso y hormonal. La noradrenalina estimula la movilización de los triglicéridos del tejido adiposo al torrente sanguíneo debido a que estimula la lipasa de los adipocitos, mientras que la insulina estimula el depósito de triglicéridos. En los humanos se ha descrito la hormona ghrelina, la cual tiene receptores en el hipotálamo y es una antagonista de la leptina ya que aumenta la sensación de apetito.

Tejido adiposo multilocular o pardo Características histológicas A diferencia del tejido adiposo unilocular, las células del tejido adiposo multilocular presentan varias inclusiones lipídicas, las células son más pequeñas y poligonales, tienen un núcleo esférico y excéntrico pero no aplanado contra la membrana plasmática como los adipocitos uniloculares. Estas células contienen pocos ribosomas libres, carecen de RER pero tienen REL, también presentan numerosas mitocondrias con una gran cantidad de citocromo oxidasa, lo cual le confiere a este tejido el color pardo característico en su estado fresco. El tejido adiposo multilocular se subdivide en lobulillos por tabiques de tejido conjuntivo, al igual que el tejido

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Histología y biología celular

mencionó, activa a la lipasa de los adipocitos y activa la fragmentación de triglicéridos en ácidos grasos y glicerol, estimulando así la producción de calor mediante la oxidación de ácidos grasos en las mitocondrias. La termogenina una proteína transmembranal localizada en la membrana interna de la mitocondria permite este flujo retrógrado de protones, que se usarían para la producción de ATP, en lugar de ello se emplean para oxidación de ácidos grasos.

Adipogénesis Figura 5-53. Tejido adiposo multilocular o grasa parda. Estas células acumulan los lípidos en pequeñas gotitas y los núcleos no están desplazados hacia la periferia. Las flechas señalan adipocitos multiloculados.

adiposo unilocular presenta una gran cantidad de capilares donde abundan las fibras nerviosas amielínicas (figura 5-53).

Distribución de la grasa parda La grasa parda es abundante en algunos mamíferos, principalmente en los que hibernan, ya que representa una buena reserva de energía para mantener su temperatura y metabolismo. En los humanos, la grasa parda predomina en los fetos y neonatos, en los cuales constituye de 2 a 5% de su peso corporal, este tejido se distribuye sobre todo en el área del cuello e interescapular, en las axilas, rodea al corazón y a los grandes vasos, este tejido se mantiene durante la primera década después del nacimiento, sin embargo, desaparece hacia la vida adulta, las múltiples gotitas lipídicas de estas células se fusionan formando una sola, y las células se asemejan a las del tejido adiposo unilocular, aunque el tejido adiposo unilocular predomina en la adultez, escasas células del tejido adiposo multilocular se pueden encontrar alrededor de los riñones, de las glándulas suprarrenales, la aorta, la región del cuello y el mediastino.

Función del tejido adiposo multilocular Los adipocitos pardos se especializan en la producción de calor a partir de la oxidación de los ácidos grasos. Expresan la proteína desacoplante 1 (UCP-1) que disipa como calor en forma de ATP, el gradiente de protones generado por la cadena de transporte de electrones en la membrana mitocondrial. Estas células pueden oxidar ácidos grasos a un ritmo 20 veces mayor que la grasa blanca, produciéndose a partir de este tejido tres veces más calor corporal en un ambiente frío. Los receptores de temperatura en la piel envían señales al cerebro para activar la producción de calor por las células de la grasa parda, las cuales se regulan bajo estímulos simpáticos. La noradrenalina, como ya se

El tejido adiposo empieza a formarse en la vida intrauterina a lo largo de los vasos sanguíneos de pequeño calibre. Los adipocitos tanto uniloculares como multiloculares proceden de células mesenquimatosas indiferenciadas que se localizan en la adventicia de las vénulas. A partir de estas células madre se forman los lipoblastos iniciales, los cuales, aunque no presentan inclusiones lipídicas, están comprometidos a formar adipocitos. Los lipoblastos iniciales tienen una morfología alargada como un fibroblasto, prolongaciones citoplásmicas, un aparato de Golgi y retículo endoplásmico bien desarrollados, aunque el retículo endoplásmico rugoso disminuye una vez que empieza la diferenciación lipoblástica. Cuando ello ocurre, en un polo del citoplasma se hacen evidentes pequeñas gotitas lipídicas, las vesículas pinocíticas y una lámina externa característica de los adipocitos. El factor de transcripción PPARγ (del inglés, peroxisome proliferator-activated receptor gamma) induce la maduración de los lipoblastos iniciales ya que los genes que enciende estimulan el almacenamiento de triglicéridos. En el caso de los adipocitos multiloculares su diferenciación está bajo el control de la noradrenalina, la cual regula la expresión del gen UCP-1 que codifica una proteína mitocondrial que permite una de las funciones más importantes del tejido adiposo multilocular, la producción de calor. Siguiendo la etapa de diferenciación, las células adoptan una forma ovalada e incrementan la cantidad de vesículas e inclusiones lipídicas en el citoplasma, alcanzando los dos polos de la célula, la lámina basal también se hace más evidente en esta etapa, estas células se llaman lipoblastos intermedios. Posteriormente las células crecen y se tornan esféricas, las gotitas lipídicas se tornan más grandes y en el caso de los adipocitos uniloculares se fusionan para formar una sola inclusión lipídica al centro de la célula, la cual en este estado se conoce como lipoblasto avanzado, debido a que la inclusión lipídica ocupa todo el volumen celular, los organelos se desplazan hacia la periferia, el núcleo se comprime contra la membrana plasmática, lo que le da al lipocito maduro o adipocito el característico aspecto de “anillo de sello”. Los adipocitos están del todo diferenciados y no se dividen más en la vida adulta. Sin embargo, los lípidos almacenados en los adipocitos presentan un recambio constante y su vida media es de ocho días.

Capítulo 5

■ Tejidos

111

Correlación clínica

Cartílago y hueso

Obesidad

Generalidades del cartílago

Se define como un estado de peso corporal excesivo debido al excedente de volumen del tejido adiposo acumulado de manera anormal, a menudo como resultado de las dietas hipercalóricas y la vida sedentaria. El índice de masa corporal (BMI, del inglés body mass index) expresado con el peso/altura2 (kg/m2), se emplea con frecuencia para clasificar la obesidad y el sobrepeso en los adultos (cuadro 5-6). Existen diferentes patologías que derivan del exceso de este tejido, las cuales se asocian con insulinorresistencia, hiperglucemia, dislipidemia, hipertensión y con estados protrombóticos y de inflamación los cuales son factores de riesgo para desarrollar diabetes tipo 2 y enfermedades cardiovasculares. Actualmente se calcula que cerca de una cuarta parte de la población mundial padece estas enfermedades resultado de la obesidad.

El cartílago es un tejido conjuntivo especializado que se compone por una matriz extracelular especializada y células llamadas condrocitos. El cartílago es un tejido avascular, sin terminaciones nerviosas o vasos linfáticos. Este tejido se nutre mediante los vasos sanguíneos de tejidos conjuntivos circundantes por difusión a través de la matriz. Los condrocitos ocupan espacios llamados lagunas dentro de la matriz que secretan. La matriz extracelular es muy abundante, más de 95% del volumen del cartílago se compone por matriz cartilaginosa, ésta se forma por glucosaminoglucanos (GAG) y proteoglucanos que se vinculan con fibras de colágeno y elásticas inmersas en ella. La gran cantidad de GAG favorece la difusión de nutrientes y oxígeno a través de la matriz para nutrir a los condrocitos que se encuentran inmersos en ella. El cartílago comparte muchas funciones con el tejido óseo, al igual que éste, brinda apoyo al cuerpo vinculándose de manera importante con los músculos, su matriz extracelular firme y flexible le permite resistir fuerzas mecánicas de compresión, además actúa como un absorbedor de choques y la superficie lisa del cartílago que recubre los huesos permite que el movimiento articular se realice sin fricción. Asimismo, una variedad de cartílago (cartílago hialino) participa en la formación de los huesos largos durante el desarrollo embrionario ya que la mayor parte de éstos se forman a partir de un molde de cartílago (formación endocondral del hueso). Se distinguen tres tipos de cartílago de acuerdo con las fibras que lo componen y a las características de su matriz:

En la actualidad se emplean células madre de adulto derivadas de tejido adiposo, la capacidad de estas células para proliferar y diferenciarse in vivo e in vitro se estudia ampliamente para emplearlas en la cirugía reconstructiva (datos tomados de Cherubino y Marra, 2009).

Los adipocitos son células capaces de entrar en un proceso de transdiferenciación reversible en el cual los adipocitos uniloculares pueden diferenciarse en adipocitos multiloculares y viceversa, bajo ciertos estímulos fisiológicos como la exposición al frío los adipocitos uniloculares cambian a multiloculares, al calor los adipocitos multiloculares cambian a uniloculares y durante la lactancia parte de los adipocitos uniloculares forman glándulas secretoras (datos tomados de Cinti et al., 2009).

Cuadro 5-6 Clasificación de la obesidad según el índice de masa corporal (BMI)

Clasificación

• Cartílago hialino. Presenta fibras de colágeno tipo II, es la variedad más abundante en el cuerpo con una distribución muy amplia y tiene diversas funciones. • Cartílago elástico. Comparte las características de la matriz de cartílago hialino con fibras de colágeno tipo II, además presenta fibras elásticas en abundancia. • Cartílago fibroso. Su matriz presenta las características del cartílago hialino, además, contiene fibras de colágeno tipo I en abundancia, la cantidad de matriz es menor y predominan los condrocitos y las fibras de colágeno tipo I.

BMI

Bajo peso

40

El cartílago hialino es un tejido blanquecino azulado, semitransparente y tiene un aspecto vítreo en fresco, de estas características deriva su nombre. Es el cartílago más abundante en el cuerpo humano adulto y constituye la totalidad del esqueleto en el desarrollo embrionario. Está constituido por una matriz cartilaginosa muy hidratada y condrocitos que sintetizan esta matriz (figura 5-54).

112

Histología y biología celular

ER

Gl

CH M

Figura 5-54. Estructura general del cartílago hialino. Se observa un corte histológico del cartílago hialino de los anillos traqueales con la tinción de H-E. Observe los condrocitos indicados con una flecha y la gran cantidad de matriz (M) que compone esta variedad de cartílago. ER, epitelio respiratorio; Gl, glándulas; CH, cartílago hialino de la tráquea.

Matriz del cartílago hialino La matriz del cartílago hialino es secretada por los condrocitos y se forma por fibras de colágeno, proteoglucanos y glucoproteínas multiadhesivas. • Moléculas de colágeno. La matriz cartilaginosa está constituida principalmente por colágeno, hasta 40% de su peso seco corresponde a esta proteína, la más abundante es la tipo II, sin embargo, hay otros tipos presentes que favorecen la formación de las fibrillas matriciales, como la IX la cual facilita la interacción de las fibrillas con los proteoglucanos de la matriz, la XI que regula el tamaño fibrilar, la X organiza las fibras de colágeno en un arreglo hexagonal, la IV presente en la periferia de los condrocitos, los ayuda a fijarse a la matriz. Dado que estos tipos de colágeno sólo existen en la matriz del cartílago se denominan condroespecíficas. • Proteoglucanos. La sustancia fundamental del cartílago hialino contiene tres tipos de glucosaminoglucanos; el ácido hialurónico, el sulfato de condroitina y el queratán sulfato. Estos dos últimos como en el tejido conjuntivo se asocian con una proteína central para formar un proteoglucano. El monómero de proteoglucano más importante en el cartílago hialino es el agrecano que pesa 250 kDa, el cual contiene varias moléculas de condroitín y queratán sulfato. Debido a la gran cantidad de grupos sulfatos de los proteoglucanos la molécula adquiere una carga negativa que le confiere gran afinidad por los cationes como el Na+ los cuales, a su vez, atraen moléculas de agua hidratando de tal manera a la matriz, que hasta 80% de su

peso húmedo es agua. El ácido hialurónico, por otra parte, se asocia a una gran cantidad de agrecanos, formando aglomeraciones de agrecanos que se unen a la matriz por interacciones con las proteínas multiadhesivas. Las aglomeraciones de agrecanos quedan atrapadas entre las fibras de colágeno, esta característica permite al cartílago resistir las fuerzas mecánicas de compresión y de tensión. • Glucoproteínas multiadhesivas. Son proteínas que permiten la asociación de los condrocitos y de las fibras con la matriz. Tienen un valor clínico ya que son marcadores del recambio y de la degeneración del cartílago. Entre ellas se encuentran la ancorina CII (anexina V del cartílago) que actúa como receptor de los condrocitos, también están presentes la tenascina y la condronectina, esta última tiene sitios de unión para colágeno tipo II, el sulfato de condroitina 4 y 6, el ácido hialurónico e integrinas por lo que permite el anclaje de los condrocitos a la matriz. Una de las características funcionales más importantes del cartílago es que su matriz se encuentra muy hidratada. De 60 a 80% del peso neto del cartílago hialino es agua intercelular; como ya se mencionó, las moléculas de agua están vinculadas con las aglomeraciones de agrecano-ácido hialurónico, lo cual le brinda cierta elasticidad a este tejido y le permite soportar peso y responder a cargas variables como en el caso del cartílago hialino de las articulaciones. Además, las compresiones aplicadas a este tejido mandan señales mecánicas, eléctricas y químicas, que le permiten a los condrocitos responder, por lo que la matriz también actúa como un transductor de señales. Asimismo, es muy importante que la matriz esté hidratada ya que ello favorece la difusión de nutrientes y metabolitos hacia los condrocitos y desde ellos. El cartílago sufre un recambio continuo en el cual los condrocitos reemplazan las moléculas que son perdidas por degradación, el recambio se realiza cuando los condrocitos detectan cambios en la composición de la matriz, entonces responden sintetizando moléculas nuevas. Conforme el organismo envejece, la composición de la matriz cambia y los condrocitos pierden la capacidad de responder a estímulos y su actividad de síntesis. Las hormonas y las vitaminas también influyen en el crecimiento, desarrollo y función del cartílago, muchas de éstas también influyen en el crecimiento del esqueleto.

Células del cartílago En el cartílago se diferencian tres tipos de células: condrogénicas, condroblastos y condrocitos (figura 5-55). Las células condrogénicas se derivan de las células mesenquimatosas, son ahusadas y pueden diferenciarse en condroblastos y células osteoprogenitoras. Los condroblastos pueden surgir de las células condrogénicas que se encuentran en el pericondrio y también

Capítulo 5

■ Tejidos

113

M MT MP GI

CM P CI CB TCD

Figura 5-55. Componentes del cartílago hialino. En este corte histológico del cartílago hialino con tinción de H-E se observa el tejido conjuntivo denso (TCD) y el pericondrio (P) a partir del cual se originan los condroblastos (CB), que sintetizan matriz y forman condrocitos al quedar encerrados en su laguna. Los condrocitos inmaduros (CI) son pequeños y los rodea poca matriz, los maduros (CM) presentan una laguna evidente y abundante matriz (M) a su periferia. El crecimiento del cartílago que se da desde el pericondrio corresponde al crecimiento por aposición.

de las células mesenquimatosas (en los centros de condrificación). Los condrocitos son células especializadas en producir y mantener la matriz del cartílago, se originan cuando los condroblastos quedan atrapados en una laguna rodeada por la matriz que sintetizan. Los condrocitos jóvenes muestran un citoplasma de tinción pálida y glucógeno. Los condrocitos activos muestran un citoplasma basófilo debido a la actividad de síntesis proteica intensa que llevan a cabo. Estas células sintetizan todos los componentes de la matriz; el colágeno, los proteoglucanos y los glucosaminoglucanos. Los condrocitos viejos son relativamente inactivos pero pueden reanudar la síntesis de proteínas activamente si se revierten a condroblastos.

Pericondrio Las células del cartílago se originan a partir de un tejido llamado pericondrio que se encuentra en la mayor parte del cartílago (cartílago hialino y elástico) excepto en el cartílago articular y en el cartílago fibroso, es un tejido conjuntivo denso compuesto por células parecidas a los fibroblastos y constituye una fuente de células condrogénicas. Cuando hay crecimiento activo del pericondrio se distinguen dos zonas; una capa interna celular, que origina a las células cartilaginosas nuevas ya que está compuesta por las células condrogénicas, y una capa fibrosa externa. El pericondrio es vascular y sus vasos proporcionan nutrientes a las células condrogénicas. En las áreas en las que el cartílago carece de pericondrio, el tejido se nutre

MI

Figura 5-56. Microfotografía del cartílago hialino con tinción de H-E. Se observan condrocitos formando grupos isógenos (GI). Las diferencias tintoriales permiten distinguir la matriz pericelular o capsular (MP) que rodea a cada condrocito, la matriz territorial (MT) y la matriz interterritorial (MI). El crecimiento del cartílago que se lleva a cabo por la síntesis de matriz desde el interior se refiere al crecimiento intersticial.

del líquido sinovial que baña las superficies articulares (figura 5-55). En el cartílago hialino los condrocitos pueden encontrarse solos o bien formando grupos isógenos, cuando los condrocitos se encuentran en grupos isógenos es evidencia de que estas células acaban de dividirse. Conforme sintetizan la matriz que los va rodeando, los condrocitos que se acaban de dividir se separan uno de otro, mediante la síntesis de metaloproteasas degradan la matriz del cartílago para permitir su expansión y su reubicación dentro de la matriz cartilaginosa (figura 5-56). Dado que los proteoglucanos de la matriz del cartílago poseen una concentración elevada de grupos sulfato, la sustancia fundamental de este tejido se tiñe con colorantes básicos y hematoxilina, en consecuencia la basofilia y la metacromasia del cartílago proveen información sobre la distribución y concentración de proteoglucanos, de manera que la matriz no se tiñe de forma homogénea sino que se distinguen tres zonas de acuerdo con sus propiedades tintoriales (figura 5-56). La matriz capsular o pericelular rodea a los condrocitos y es un anillo de matriz teñida con mucha intensidad, ya que contiene la concentración más alta de proteoglucanos sulfatados, ácido hialurónico y varias glucoproteínas de adhesión. Esta matriz contiene casi exclusivamente colágeno VI, que forma una red alrededor de ellos y los fija a la matriz. Algunos autores sugieren que la matriz pericelular protege a los condrocitos de las fuerzas mecánicas a las que están sometidos. La matriz territorial se encuentra un poco más alejada de la vecindad del condrocito, justo después de la capsular y alrededor de los grupos isógenos, la conforma una

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Histología y biología celular

red de colágeno tipo II, cantidades menores de colágeno tipo IX, y pocos proteoglucanos sulfatados por lo que se tiñe menos que la matriz capsular. Por otro lado, la matriz interterritorial es la región que rodea a la matriz territorial, la más clara de la matriz cartilaginosa y también la más alejada de los grupos de condrocitos.

Función y distribución del cartílago hialino Participa en el proceso de osificación endocondral ya que en las etapas del desarrollo fetal el cartílago hialino es un precursor del tejido óseo. Al principio lo que serán los huesos largos no son más que moldes de cartílago, posteriormente el cartílago es reemplazado por hueso, sin embargo, parte del cartílago permanece en los límites entre la diáfisis y la epífisis para permitir que el hueso crezca a lo largo, a este remanente cartilaginoso se le llama placa epifisaria de crecimiento o disco epifisario. El cartílago en el disco epifisario sigue siendo funcional mientras los huesos crecen. En el adulto el único cartílago que queda del esqueleto cartilaginoso se encuentra en las articulaciones (cartílago articular) donde provee una superficie de baja fricción, participa en la lubricación de las articulaciones sinoviales y distribuye las fuerzas aplicadas al hueso subyacente. Además, se le encuentra en la jaula torácica en los extremos ventrales de las costillas, en la cavidad nasal, la laringe, los anillos traqueales y las placas cartilaginosas bronquiales. El cartílago de las superficies articulares no tiene pericondrio.

Condrogénesis y crecimiento del cartílago El cartílago se forma a partir de las células mesenquimatosas, en el sitio donde se forma el cartílago, las células mesenquimatosas se congregan formando centros de condrificación. Estas células se diferencian en condroblastos, los cuales comienzan a secretar una matriz a su alrededor, a medida que continúa este proceso los condroblastos quedan atrapados en la matriz que acaban de sintetizar, en un compartimiento individual y pequeño llamado laguna. Los condroblastos rodeados por matriz y encerrados en su laguna se llaman condrocitos; estas células son capaces de dividirse y formar grupos isógenos (racimos de dos a más células en una laguna), los cuales representan una o más divisiones de un condrocito original. Conforme las células en el grupo isógeno elaboran matriz, se alejan una de otra y forman lagunas separadas, en consecuencia forman cartílago desde el interior, a este tipo de crecimiento se le llama crecimiento intersticial. Por otra parte, las células mesenquimatosas en la periferia del cartílago en crecimiento forman fibroblastos, estas células a su vez forman el pericondrio, un tejido conjuntivo denso irregular colagenoso, el cual se encarga del crecimiento y mantenimiento del cartílago. El pericondrio tiene dos capas, la fibrosa externa, compuesta por colágeno tipo I, fibroblastos y vasos sanguíneos, así como una

capa celular interna, constituida por células condrogénicas que forman condroblastos los cuales empiezan a sintetizar matriz, de manera que el cartílago también crece a partir del pericondrio por adición de matriz en la periferia, a este tipo de crecimiento se le llama crecimiento por aposición. El crecimiento intersticial sólo ocurre en la fase inicial en la formación de cartílago, sin embargo, los cartílagos articular y fibroso siempre se forman por crecimiento intersticial ya que carecen de pericondrio. El crecimiento intersticial también ocurre en las placas epifisarias de los huesos largos y sirve para que los huesos crezcan en longitud. El cartílago en el resto del cuerpo crece por aposición, un proceso regulado que puede durar toda la vida del cartílago.

Reparación del cartílago hialino El cartílago puede soportar bien las fuerzas mecánicas que se aplican sobre sí, sin embargo, cuando se daña no puede repararse del todo. Esto debido a diferentes factores: a) el cartílago es un tejido avascular, b) los condrocitos son células inmóviles y c) los condrocitos maduros tienen una capacidad limitada de proliferación. Es posible que se lleve a cabo cierto grado de reparación, pero siempre y cuando las lesiones comprendan al pericondrio, en este caso la reparación se lleva a cabo por las células condrogénicas presentes en este tejido, sin embargo, las células que se producen a partir de este tejido son pocas, la reparación comprende entonces la formación de tejido conjuntivo denso con colágeno tipo I, de manera que se forma un tejido de cicatrización; en el adulto pueden formarse vasos sanguíneos en el sitio de la lesión, lo cual conlleva a cambios en la matriz del cartílago (calcificación) y a la formación de tejido óseo y no a una verdadera reparación. La capacidad limitada de reparación del cartílago es causa de algunos problemas de importancia en algunas cirugías, como la cardiotorácica, que se realiza en la revascularización coronaria. Actualmente se emplean ciertas estrategias para favorecer la reparación del cartílago, como el injerto de pericondrio, trasplantes celulares y la administración de factores de crecimiento y matrices artificiales que permitan el crecimiento del cartílago.

Cartílago elástico Este tipo de cartílago posee una matriz similar a la del cartílago hialino, sin embargo, también cuenta con una red densa de fibras elásticas ramificadas y anastomosadas, y láminas interconectadas de material elástico así como haces de fibras de colágeno tipo II que le proporciona mayor flexibilidad a diferencia de la matriz del cartílago hialino. La matriz del cartílago elástico no es tan amplia como la de este último y los haces de fibras elásticas de la matriz territorial son más grandes que los de la matriz

Capítulo 5

N

Figura 5-57. Cartílago elástico. Se observa mediante la tinción de Verhoeff la gran cantidad de fibras elásticas de color oscuro en la matriz cartilaginosa. Se aprecian los núcleos de los condrocitos (N) y las lagunas de estas células.

interterritorial. En la capa fibrosa externa del pericondrio hay fibras elásticas en abundancia. Los condrocitos en el cartílago elástico son más abundantes y de mayor tamaño que en el cartílago hialino. Este tipo de cartílago se localiza en el pabellón auricular, las paredes del conducto auditivo, la tuba auditiva, la epiglotis y el cartílago cuneiforme de la laringe. Las fibras y las láminas elásticas se pueden detectar por medio de microscopía fotónica al ocupar técnicas de coloración especiales como la de reorcina-fuscina y la de orceína (figura 5-57).

■ Tejidos

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por los fibroblastos). El versicano se une al hialuronano para formar aglomeraciones de proteoglucanos muy hidratadas. Los condrocitos están dispuestos entre las fibras de colágeno alineadas en hileras paralelas alternadas con haces de colágeno. Estos condrocitos surgen comúnmente de los fibroblastos que comienzan a elaborar proteoglucanos. A medida que éstos se rodean de sustancia fundamental la célula queda encerrada por su matriz y se diferencia en condrocito. Este tipo de cartílago se localiza en los discos intervertebrales, los discos articulares de las articulaciones esternoclavicular y temporomandibular, los meniscos de la rodilla, el complejo fibrocartilaginoso triangular, articulaciones de la muñeca, la sínfisis del pubis y en la inserción de algunos tendones. Se localiza en sitios donde el tejido soporta fuerzas de compresión y distensión, en las cuales el cartílago funciona como amortiguador. Según la cantidad de este tipo de fuerzas, depende la cantidad de material de la matriz que produzca el cartílago. En los cortes histológicos se observan fibras de colágeno colocadas de forma paralela y entre ellas se localizan grupos de células dispuestas en hileras que son los condrocitos (figura 5-58).

Correlación clínica Artrosis. La artrosis es llamada también artropatía degenerativa, es la forma más frecuente de enfermedad articular, se caracteriza por una erosión progresiva del cartílago articular y se relaciona con el envejecimiento. De 80 a 90%

Cartílago fibroso El fibrocartílago se vincula con el cartílago hialino y el tejido conjuntivo denso, al cual se asemeja; este cartílago no posee pericondrio. La matriz del cartílago fibroso es producida no sólo en el desarrollo sino también en la etapa madura diferenciada, lo que le confiere la capacidad de responder a estímulos externos como a las fuerzas mecánicas, los cambios nutricionales, las hormonas y los factores de crecimiento. La matriz es rica en sulfato de condroitina y sulfato de dermatán. Contiene cantidades importantes de fibras de colágeno tipo I y colágeno tipo II, aunque cabe la posibilidad de que varíe la cantidad de estos dos tipos de colágeno dependiendo de su localización (p. ej., los discos intervertebrales poseen la misma proporción de colágenos I y II, mientras que los meniscos de la rodilla poseen una cantidad reducida de colágeno tipo II) y por la edad (personas de edad avanzada tienen mayor cantidad de colágeno tipo II por la actividad de los condrocitos que la producen de forma continua). La matriz del fibrocartílago tiene mayor cantidad de versicano (monómero de proteoglucano secretado por los fibroblastos) que de agrecano (secretado

Figura 5-58. Microfotografía del cartílago fibroso de un disco vertebral de feto con la tinción de Masson. Se muestra la gran cantidad de condrocitos en grupos isógenos ordenados en hileras rodeados por fibras de colágeno principalmente tipo I que se tiñe de color azul. Alrededor de los condrocitos hay poca matriz y abundan las fibras de colágeno.

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Histología y biología celular

de las personas de 65 años presentan ya signos de artrosis, sin embargo, 5% de las artrosis se presentan en personas jóvenes que experimentan lesiones traumáticas previas, microtraumas repetidos sobre una misma articulación, deformación articular, enfermedades como la diabetes o la obesidad. Los cambios que ocurren en el cartílago de las personas mayores se relacionan con cambios en los proteoglucanos y en las fibras de colágeno, lo cual disminuye la elasticidad del cartílago y su capaciad de resistir la fuerza mecánica. De la misma manera, los condrocitos artrósicos producen IL-1 y TNF-α que estimulan la formación de metaloproteasas que inhiben la síntesis de colágeno tipo II y proteoglucanos. La artrosis se caracteriza por dolores articulares (artralgia) crónicos con deformación de las articulaciones y degradación del cartílago articular. La degeneración afecta principalmente las articulaciones que soportan peso como las coxofemorales, femorotibiales, intervertebrales lumbares inferiores, y articulaciones de manos y pies. Los cambios producidos en el cartílago articular reducen la movilidad y producen un dolor intenso al movimiento. La artrosis no tiene cura, sólo es posible administrar medicamentos para el dolor; además, es una enfermedad progresiva. Debido a la baja capacidad de reparación del cartílago articular, actualmente se emplean células madre derivadas de tejido adiposo para formar condroblastos, estos estudios se encaminan a estimular a estas células madre a expresar los receptores apropiados y modular su diferenciación mediante factores de crecimiento con el fin de favorecer la reparación y regeneración del cartílago (datos de Tapp et al., 2009).

Hueso y su formación Introducción El hueso es considerado como un tejido conjuntivo especializado que, en conjunto con otros tejidos y sistemas, participa en varias funciones del organismo. Es factible relacionar tales funciones de manera directa con la estructura ósea, o considerar al tejido óseo como partícipe con otros sistemas. Aquellas funciones directamente relacionadas con su estructura son: la forma, el movimiento (dado que el hueso proporciona sitios de inserción para los músculos, además de la importante participación de las articulaciones) y la protección (ya que algunos órganos están rodeados de una coraza, como es el caso del cerebro, los que se ubican en el tórax, la pelvis y la columna vertebral). Es también un depósito de calcio y otros iones, además, participa en la regulación de la concentración de calcio en la sangre y presta a las células hematopoyéticas un espacio donde residir y proliferar.

MC

Os

Figura 5-59. Trabéculas rodeadas de médula ósea. Se pueden ver las áreas ya calcificadas (MC) y la matriz sin calcificar conocida también como osteoide (Os). (Masson.)

Es un tejido especializado constituido por una matriz ósea, la cual está calcificada, y varios tipos de células: osteoprogenitoras, osteoblastos, osteocitos y osteoclastos.

Matriz ósea Las propiedades de este tejido se deben a la matriz que lo conforma la cual está calcificada y es lo que le confiere la resistencia a la compresión y a la tracción que le son características. El hueso está constituido por una matriz inorgánica que le proporciona dureza, además de otra matriz orgánica formada por fibras y sustancia fundamental, que le confiere elasticidad (figura 5-59). Es importante recordar que es un tejido muy irrigado, lo que facilita la reparación y regeneración de la matriz.

Matriz inorgánica Esta matriz está conformada por una forma cristalina del fosfato de calcio, la hidroxiapatita. Estos cristales miden aproximadamente 40 nm de largo, 25 nm de ancho y 2 nm de grosor. Los cristales están ordenados sobre colágeno tipo I, mientras que la superficie libre de estos cristales está rodeada de sustancia amorfa fundamental. Esta cubierta atrae agua y forma una superficie hidratada, la cual permite el intercambio de iones con el líquido extracelular. La presencia de algunas proteínas óseas como la osteocalcina, osteopontina y osteonectina se relacionan con la formación de los cristales. Se ha sugerido también que la presencia de vesículas que emergen de la superficie de los osteoblastos con los cristales permiten que éste se deposite en la matriz orgánica.

Capítulo 5

■ Tejidos

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Matriz orgánica Fibras y sustancia fundamental Las fibras de colágeno tipo I predominan en el tejido óseo y constituyen entre 80 y 90% del componente orgánico del hueso. La matriz ósea se tiñe con PAS debido a la presencia de glucosaminoglucanos sulfatados y muestra cierta metacromasia, aunque en proporción mucho menor que la matriz del cartílago. Esto indica la presencia de condroitina y queratán sulfato, que junto con los proteoglucanos forman agrecanos. Dado que predomina el colágeno hace que la matriz sea acidófila. En la matriz también hay otras glucoproteínas como la osteocalcina, la cual se une a la hidroxiapatita, y la osteopontina, también unida a la hidroxiapatita pero con sitios de unión para otros componentes, como es el caso de las integrinas que se observan en los osteoblastos y en los osteoclastos. La vitamina D es importante en la síntesis de estas glucoproteínas. Otra proteína de la matriz ósea es la sialoproteína ósea, que tiene sitios de unión para osteoblastos y osteocitos. Esto sugiere su participación en la adherencia celular a la matriz ósea.

Cubiertas óseas Al igual que en el tejido cartilaginoso el tejido óseo está cubierto por una capa fibrosa llamada periostio, pero a diferencia del tejido cartilaginoso, el tejido óseo presenta además del periostio al endostio, capa celular que cubre a la cortical interna y al hueso esponjoso.

Periostio El periostio está formado por dos capas, una externa y fibrosa formada por fibroblastos y tejido conjuntivo denso irregular colagenoso, y una interna formada por células osteoprogenitoras, que por su localización también se les llama células periósticas. Las fibras de colágeno tipo I de los tendones y los ligamentos se extienden sobre el periostio y se continúan con las fibras de colágeno de la matriz ósea, a estas fibras se les conoce como fibras de Sharpey (figura 5-60).

Endostio En la superficie interna del hueso compacto y en las trabéculas del hueso esponjoso se ubica el endostio, el cual está formado por células osteoprogenitoras o endósticas (y células hematopoyéticas), y tejido conjuntivo laxo.

Células Células osteoprogenitoras Este tipo de células derivan de células mesenquimatosas y se localizan en la capa celular del periostio, en el endostio

OC

P

Figura 5-60. Molde de cartílago (OC) en el que se notan los cambios que ocurren en la osificación endocondral. En esta imagen se nota el periostio (P) que será la futura fuente de células formadoras de hueso (Masson).

y en los espacios vasculares del hueso esponjoso. Se visualizan como células alargadas con núcleo y citoplasma claro y escaso. Son abundantes durante el desarrollo fetal y el crecimiento. En el adulto se activan cuando hay reparación ósea, como en el caso de las fracturas. Tienen la capacidad de dividirse y dan origen a los osteoblastos, asimismo, en ambientes con baja tensión de oxígeno se diferencian en condroblastos. Como ya se explicó, también se les puede encontrar como células osteocondrógenas.

Osteoblasto El osteoblasto es una célula que tiene la capacidad de producir matriz ósea que se conoce como osteoide. Esta sustancia se caracteriza porque no está mineralizada (figuras 5-59 y 5-61). El osteoblasto es una célula generalmente cúbica dispuesta en filas que se localizan en la superficie de la matriz no calcificada que está produciendo. Su núcleo es redondo, grande y con un nucleolo prominente, el cual se localiza en la zona de la célula que no está en contacto con el osteoide; tiene abundante retículo endoplasmático rugoso (RER) y un aparato de Golgi poco desarrollado; por la abundancia del RER el citoplasma es muy basófilo, sus mitocondrias son alargadas y abundantes, y presenta gránulos que se tiñen con PAS. Estas células se comunican entre sí a través de uniones de intersticio también conocidas como nexos. El osteoblasto se deriva de las células osteoprogenitoras por la influencia de la familia de las proteínas morfogénicas óseas (BMP, del inglés bone morphogenic proteins). Produce también el receptor para el factor para activación del NFκβ (RANKL). Tienen receptores para la hormona paratiroidea, la cual los estimula para que pro-

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Histología y biología celular

* *

Os Figura 5-61. La matriz sin calcificar se conoce como osteoide y con la tinción de Masson se ve de color azul (Os). Cuando se calcifica, el color cambia y se observa de color rojo. (Masson.) Los asteriscos muestran osteoclastos.

duzcan el ligando de osteoprotegerina (OPGL), que conduce a los preosteoclastos a su diferenciación final en osteoclastos. A la vez, los osteoblastos producen un factor estimulante de los osteoclastos (interleucina-1 [IL-1]) y otras citocinas que también estimulan a los osteoclastos (como la IL-6 y la IL-2). La producción de osteoide por el osteoblasto es estimulada por factores que ellos mismos producen como IGF-1 (factor de crecimiento similar a insulina-1), PGE-2 (prostaglandina-E2) y TGF-β (factor de crecimiento transformante-β). Además del osteoide, el osteoblasto produce otras proteínas de la matriz ósea, como: osteocalcina, osteonec-

tina, sialoproteínas I y II, osteopontina y trombospondina y fosfatasa alcalina. Otra actividad del osteoblasto es favorecer la calcificación de la matriz, mediante la liberación de fosfatasa alcalina de unas vesículas llamadas vesículas matriciales, esta liberación sólo ocurre durante la producción de la matriz. Para que se lleve a cabo la calcificación, los osteoblastos liberan al osteoide vesículas que contienen fosfatasa alcalina, ATP, glucoproteínas de adhesión (como la osteonectina), calcio y PO43−. Mediante bombas de calcio es internalizado a la vesícula este ion necesario para la formación de los cristales de hidroxiapatita. Los cristales perforan la membrana, y luego el contenido de la vesícula es descargado al osteoide, la fosfatasa alcalina propicia la calcificación puesto que libera iones fosfato que favorecen el depósito de calcio.

Osteocitos A medida que el osteoblasto produce matriz ósea, queda atrapado en ella y se convierte en osteocito, que ahora es la célula responsable de mantener la matriz ósea. Además, el osteocito responde a diversos estímulos mecánicos que modifican su expresión génica y que puede llevarlos a la muerte por apoptosis, lo que iniciará los mecanismos de resorción ósea y reparación. Al calcificarse la matriz, las proyecciones citoplásmicas de los osteocitos ocupan delgados canales llamados canalículos a través de los cuales difunden los nutrientes necesarios para las células; las proyecciones de osteocitos vecinos presentan entre sí uniones de intersticio (figuras 5-62 y 5-63).

CV

Tr

SA CH

Figura 5-62. Osificación intramembranosa, en la que no se aprecian los moldes de cartílago; sólo se notan las membranas y los osteoblastos que formarán las trabéculas (Tr). El osteoblasto (flechas) se ubica en la periferia de las trabéculas sintetizando matriz. Cuando queda atrapado en ella se transforma en osteocitos. (H-E.)

Figura 5-63. Cuando sólo queda la matriz inorgánica al hueso, se aprecia la estructura del hueso compacto. Su unidad funcional es la osteona, que también se conoce como sistema de Havers (SA). En el centro de esta estructura de láminas concéntricas se ubica el conducto de Havers (CH). Los sistemas de Havers están comunicados entre sí por los conductos de Volkmann (CV). Las láminas se identifican por los huecos que dejaron los osteocitos (círculos) (hueso lijado).

Capítulo 5

Su actividad metabólica es menor en comparación con los osteoblastos y, por tanto, su núcleo es heterocromático, el citoplasma es poco basófilo con gotas de lípidos y glucógeno, organelos como el RER y el aparato de Golgi están menos desarrollados, y presenta gránulos similares a los del osteoblasto.

Osteoclastos Los osteoclastos, como células fagocíticas, son células derivadas de la célula progenitora de granulocitos y monocitos que al fusionarse se observan como células multinucleadas (5 a 10, incluso 50 núcleos), son células grandes de hasta 100 μm y están encargadas de la remodelación del hueso mediante la digestión de la materia orgánica con enzimas lisosomales; también participan en la regulación de la homeostasis del calcio. Están localizadas en la superficie ósea en cavidades llamadas lagunas de Howship (figura 5-61). Presentan varias zonas como el borde rugoso o rizado que está en contacto con el hueso y que constituye un plegamiento de su membrana, dejando un espacio llamado espacio subosteoclástico al cual se liberan vesículas que contienen enzimas lisosomales para llevar a cabo la resorción ósea. Para evitar la salida de dichas enzimas de esa zona es necesario mantener un cierre hermético entre el osteoclasto y la porción del hueso que se va a resorber, por lo que el osteoclasto presenta una zona de sellado. Rodeando el borde rugoso se observa una zona clara formada por filamentos de actina. Opuesta al borde rugoso está la zona basal, en la que se localizan la mayoría de los organelos; entre esta zona y el borde rugoso se observan múltiples vesículas que forman la zona vesicular. En el osteoclasto, catalizado por la anhidrasa carbónica, se produce ácido carbónico a partir de CO2 y H2O, el cual se disocia en H+ y HCO3−. Las bombas de protones de la membrana en el borde rugoso transportan al H+ al espacio subosteoclástico y así baja el pH favoreciendo que se disuelva la matriz inorgánica; los minerales liberados son endocitados por el osteoclasto y después descargados a los capilares. Por otra parte, las hidrolasas lisosomales y la colagenasa degradan a los componentes orgánicos de la matriz del hueso. Los osteoclastos tienen receptores para la hormona calcitonina, la cual inhibe la actividad de estas células. La activación de los osteoclastos depende de factores estimulantes producidos por los osteoblastos.

■ Tejidos

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Ese tipo de hueso se observa durante la osteogénesis y en la reparación de fracturas. Es un tejido óseo que será reemplazado por hueso maduro (figura 5-59).

Hueso maduro Cuando se le observa en microscopía de luz polarizada se le aprecia formado por láminas óseas paralelas o concéntricas birrefringentes. Entre las láminas se encuentran lagunas con osteocitos cuyas prolongaciones ocupan canalículos que cruzan en forma transversal las láminas, hasta contactar con las prolongaciones de otros osteocitos. El tejido óseo maduro se clasifica en hueso compacto, denso o cortical y en hueso esponjoso, trabecular o medular. El hueso esponjoso se localiza en la cavidad medular de la diáfisis y en el centro de la epífisis de los huesos largos, así como en el interior de los huesos planos. Se organiza formando trabéculas, y el espacio que se forma entre las trabéculas es la médula ósea, que se ocupa por tejido hematopoyético. El hueso compacto es una capa densa que rodea al hueso esponjoso en la diáfisis y la epífisis de los huesos largos, y en los huesos planos forma dos capas óseas entre las que se localiza el hueso esponjoso (figura 5-64).

Hueso compacto El hueso compacto está formado por osteonas o sistemas de Havers, que son estructuras redondeadas, las cuales en el centro presentan un canal por el que pasan vasos sanguíneos y nervios, tapizado por endostio, llamado conducto de Havers y que es paralelo al eje mayor del hueso. Tales conductos están rodeados por anillos concéntricos de matriz ósea calcificada llamados láminas. Entre las

* *

Tipos de hueso El tejido óseo se clasifica en trabecular inmaduro (fibroso) y maduro (laminar).

Hueso trabecular inmaduro Está formado por trabéculas en las que se observan osteocitos ocupando lagunas en una matriz basófila poco calcificada.

Figura 5-64. En el hueso maduro se notan las trabéculas ya calcificadas (asteriscos). Se notan también los osteoblastos en la periferia formando la matriz que posteriormente se calcificará (flechas). Los círculos blancos indican a los osteocitos, que son los que mantienen a la matriz ya calcificada. (Masson.)

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Histología y biología celular

láminas se localizan lagunas que contienen a los osteocitos y también pueden observarse los canalículos que albergan a las proyecciones de estas células. Los conductos de Havers están comunicados con el periostio y la cavidad medular y, entre ellos, por los conductos de Volkmann que corren perpendiculares al eje mayor del hueso. La osteona está delimitada por una capa de matriz con pocas fibras de colágeno llamada línea o membrana o línea de cementación, la cual es posible evidenciar a la microscopía fotónica (figura 5-65). Entre las osteonas también se observan láminas que corresponden a remanentes de osteonas y se les conoce como láminas intersticiales; éstas se forman por la constante remodelación que sufre el hueso. Por otra parte, también es posible observar láminas que corren paralelas a lo largo del hueso compacto en su superficie externa e interna y, por tanto, se les conoce como láminas circunferenciales externas (o periósticas) y láminas circunferenciales internas (o endósticas) (figura 5-63).

Hueso esponjoso El hueso esponjoso está formado por trabéculas o espículas. Los espacios entre las mismas reciben el nombre de médula ósea y albergan tejido hemopoyético. La composición del hueso esponjoso en cuanto a células y a matriz es similar a la del hueso compacto; sin embargo, las láminas no se arreglan en forma concéntrica alrededor de un canal (figura 5-62).

Histogénesis ósea Durante el desarrollo embrionario los huesos se pueden formar a partir de un molde cartilaginoso o de tejido mesenquimatoso directamente.

Conductos de Havers

Canalículos Conducto de Volkmann Sistema de Havers

Conducto de Volkmann

Lagunas

Figura 5-65. Esquema de hueso compacto en el que se identifica a la osteona o sistema de Havers, conducto de Havers, canículos de los osteocitos y conductos de Volkmann.

La osificación que tiene lugar a partir de tejido mesenquimatoso se conoce como osificación intramembranosa y la presentan los huesos planos. En cambio, los huesos largos, cortos e irregulares se forman a partir de cartílago, a esta osificación se le conoce como osificación endocondral.

Osificación intramembranosa En la osificación intramembranosa se observa la formación de espículas y trabéculas de osteoide producido por osteoblastos que se han diferenciado de células mesenquimatosas. A medida que el osteoide se calcifica, los osteoblastos quedan atrapados en la matriz y se diferencian en osteocitos. El tejido se vasculariza formando una red que dará lugar a la médula ósea. Alrededor de la red vascular, las espículas y trabéculas se agrandan por el aumento en cantidad y actividad de los osteoblastos. En un hueso puede haber varios centros de osificación, los cuales a medida que crecen se fusionan para formar el hueso completo. A partir de células mesenquimatosas se forma el periostio que recubre al hueso y el endostio que lo reviste (figura 5-62).

Osificación endocondral La osificación endocondral empieza cuando las células mesenquimatosas se diferencian en condrogénicas y éstas en condroblastos para formar un molde cartilaginoso constituido por cartílago hialino. Este molde tiene la misma forma del hueso en formación y presenta crecimiento intersticial y por aposición, el cual será sustituido por tejido óseo (figura 5-60). La osificación inicia cuando a partir del pericondrio empieza la proliferación de osteoblastos en lugar de condroblastos, por incremento de la presión parcial de oxígeno; esto ocurre en la zona que corresponderá a la diáfisis del futuro hueso, y recibe el nombre de periostio. Los osteoblastos forman una capa de tejido óseo en forma de anillo llamado collar óseo subperióstico o manguito perióstico. Por debajo del hueso subperióstico los condrocitos se hipertrofian y la matriz se resorbe formando placas cartilaginosas que se calcifican. La calcificación impide la difusión de los nutrientes, desencadenando la muerte de los condrocitos y, en consecuencia, la formación de espacios que irán siendo vascularizados a medida que los vasos sanguíneos perforan al hueso subperióstico. Con la entrada de los vasos sanguíneos, ingresan a las cavidades células osteoprogenitoras y hematopoyéticas, estas últimas constituirán la médula ósea. Las células osteoprogenitoras se convierten en osteoblastos para producir y depositar osteoide sobre las trabéculas de cartílago calcificado; al calcificarse el osteoide se

Capítulo 5

forma un complejo de cartílago y hueso calcificados. A la observación al microscopio es posible diferenciar el cartílago calcificado del nuevo hueso; el cartílago calcificado es basófilo y no presenta células, en cambio el hueso recién sintetizado es eosinófilo y presenta osteocitos. En las epífisis ocurren los mismos eventos, excepto que no se forma el collar óseo subperióstico, y se conocen como centros secundarios de osificación. La osificación es continua en la diáfisis y las epífisis, excepto en las superficies articulares y en las placas epifisarias. Las placas articulares se mantendrán formadas por cartílago hialino toda la vida, mientras que las placas epifisarias permitirán el crecimiento longitudinal del hueso (figura 5-66).

■ Tejidos

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glucógeno en el citoplasma, se observa poca matriz cartilaginosa entre las columnas de condrocitos. • Zona de muerte y calcificación. Los condrocitos hipertróficos mueren y sus lagunas forman cavidades, alrededor de ellas la matriz se calcifica. • Zona de osificación. El incremento en la actividad de los osteoblastos hace que se deposite osteoide sobre el cartílago calcificado. El osteoide se calcifica y el complejo que se forma de cartílago y hueso calcificado se resorbe por los osteoclastos. El crecimiento longitudinal del hueso termina cuando la placa epifisaria se resorbe por completo y queda en su lugar tejido conjuntivo, lo cual ocurre aproximadamente a los 20 años de edad.

Crecimiento óseo

Crecimiento a lo ancho

Crecimiento longitudinal

El crecimiento a lo ancho se da al mismo tiempo que el crecimiento longitudinal. Este crecimiento ocurre por yuxtaposición, a partir de la proliferación de las células osteoprogenitoras del periostio. El crecimiento de la cavidad medular de los huesos depende de la resorción por parte de los osteoclastos.

A partir del inicio de la formación ósea, el hueso crecerá en longitud y anchura. Después del nacimiento, el crecimiento longitudinal tiene lugar gracias al desarrollo del cartílago epifisario o de crecimiento, el cual se localiza entre la epífisis y la diáfisis (figura 5-66). Desde el punto de vista histológico se identifican cinco zonas, las cuales se describen de la epífisis a la diáfisis. • Zona de cartílago de reserva o de reposo. Está formada por tejido cartilaginoso de tipo hialino con condrocitos inactivos. • Zona de proliferación. Aquí hay un aumento en la cantidad de los condrocitos, los cuales forman grupos isógenos que se acomodan en hileras. • Zona de cartílago hipertrófico o de maduración. Los condrocitos aumentan de tamaño y acumulan

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Histofisiología Remodelación ósea Aunque aparentemente el hueso maduro no presenta cambios macroscópicos, dentro de la matriz ósea hay un constante cambio para permitir la renovación de hueso viejo y su reemplazo por hueso nuevo; este proceso se conoce como remodelación. El remodelado depende de las envolturas óseas y las osteonas, pero en especial del equilibrio entre la resorción ósea (realizada por los osteoclastos) y la síntesis de la nueva matriz ósea (osteoblastos). La remodelación es un proceso normal y puede incrementarse en ciertas condiciones, por ejemplo, presiones biomecánicas modificadas sobre el hueso, así como de las posturas viciosas, deficiencia de calcio, cambios endocrinos relacionados con la edad (menopausia y andropausia) o enfermedades y desequilibrio por el uso de algunos fármacos.

Reparación de fracturas 5

2

Figura 5-66. El crecimiento longitudinal ocurre por las zonas que se conocen como cartílago de crecimiento, que incluyen diversas zonas como: 1) cartílago en reposo, 2) cartílago en proliferación, 3) hipertrofia de las lagunas, 4) muerte y 5) invasión por vasos sanguíneos y calcificación. (Masson.)

Cuando ocurre una fractura, tanto el periostio como el endostio se lesionan y esto da como resultado muerte celular, desplazamiento de los fragmentos del hueso lesionado y la hemorragia que resulta del desgarro de los vasos sanguíneos; esto último da lugar a la formación de un coágulo. Dada la notable irrigación del periostio y de la médula ósea pueden establecerse vías de irrigación colaterales. Cuando en la zona se limita la irrigación, los osteocitos se observan picnóticos, se lisan y dejan sus lagunas vacías. El coágulo es invadido por fibroblastos y se forman pequeños capilares, lo que da origen al tejido de granulación. Esto

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Histología y biología celular

también ocurre en el endostio y las células multipotenciales de la médula y las osteoprogenitoras forman el callo interno de trabéculas óseas; tales cambios ocurren durante la primera semana. En las primeras 48 horas después de la fractura hay proliferación de células osteoprogenitoras y de capilares, pero estos últimos lo hacen a un menor ritmo, lo que ocasiona áreas con baja oxigenación lo cual da lugar a la formación de una zona de cartílago. En otra zona, cercana al periostio, hay una notable proliferación de células osteoprogenitoras que forman un collar de hueso que se adhiere al hueso ya muerto. Hay otra zona, la de las osteoprogenitoras más extremas, las cercanas a la zona fibrosa del periostio, las cuales continúan proliferando. Así, es factible identificar tres áreas en el collar: 1) hueso nuevo adherido a los fragmentos, 2) capa interna de cartílago y 3) capa osteogénica externa en proliferación. Estas capas se fusionan en lo que será el callo externo. La matriz del cartílago cercana al hueso nuevo se calcifica y se sustituye por hueso esponjoso. El cartílago es sustituido por hueso primario por la vía endocondral. Cuando ya están unidos por puentes de hueso esponjoso los extremos de la lesión, el hueso primario es sustituido por secundario. El primer hueso que se forma en la fractura es intramembranoso y las trabéculas se adhieren fuertemente al hueso lesionado o muerto. Se reabsorbe el hueso muerto y los espacios se llenan de hueso nuevo; los osteoblastos invaden la región. Después se sustituye el hueso nuevo por secundario, se resorbe gradualmente el callo y se remodela el hueso de acuerdo con las tensiones que recibe. Este proceso tiene una secuencia como la siguiente: 1. Fractura → daño y destrucción de la matriz, muerte celular y desgarros en el periostio y endostio. 2. Sección de los vasos sanguíneos → hemorragia → coágulo → crece la zona de lesión → osteocitos (picnosis y lisis). 3. Vasos de neoformación y fibroblastos = tejido de granulación (cicatrización). 4. Células osteoprogenitoras y células multipotenciales de matriz ósea invaden al coágulo → callo interno. 5. 48 horas → células osteoprogenitoras del periostio y endostio = actividad mitótica → osteoblastos → collar óseo adherido al hueso muerto. 6. Lentitud de vasos sanguíneos → condrógenas × osteógenas. Collar = 1) Hueso nuevo adherido al del fragmento. 2) Capa intermedia de cartílago. 3) Capa osteógena superficial en proliferación. Collar de cada fragmento fusionado = callo externo. El collar externo es el resultado de la proliferación de células osteoprogenitoras y del crecimiento intersticial del cartílago en la zona media. El cartílago adyacente al hueso

nuevo se calcifica y sustituye por hueso esponjoso y todo el cartílago por hueso primario (endocondral). Se unen los fragmentos óseos por hueso esponjoso y se remodela para cambiar el hueso primario por secundario y resorber el callo. La formación de cartílago así como osificación intramembranosa y endocondral coexisten.

Hormonas, vitaminas y hueso Muchas hormonas influyen sobre la estructura del hueso y están involucradas de forma directa e indirecta sobre la regulación del calcio, entre ellas están la hormona paratiroidea y la calcitonina. La hormona paratiroidea se libera al torrente sanguíneo en respuesta a la disminución en las concentraciones de calcio en la sangre, lo cual desencadena la estimulación de la resorción ósea por los osteoclastos, y también mejora la absorción de calcio y fosfatos en intestino por la estimulación en la formación del metabolito activo de la vitamina D. En contraste, el aumento del calcio en sangre estimula la liberación de calcitonina por las células parafoliculares de la glándula tiroides. Esta hormona favorece el depósito de calcio en los huesos por estímulo de la actividad de osteoblastos y osteocitos. Otras hormonas que ejercen un efecto estimulante sobre el metabolismo del hueso son los estrógenos, la testosterona, las hormonas tiroideas y la hormona del crecimiento; por el contrario los glucocorticoides inhiben la actividad de las células óseas especialmente de los osteoblastos y, por tanto, se pierde hueso. El crecimiento, conservación y reparación del hueso no sólo depende de factores hormonales, sino también de factores nutricionales que incluyen minerales como el calcio y el fósforo, y vitaminas como la vitamina C (síntesis de colágeno), vitamina A (desarrollo normal de hueso) y vitamina D (estimula la absorción de calcio).

Correlación clínica Se mencionó en párrafos anteriores la importancia que la vitamina D tiene en la formación y mantenimiento del hueso, y ahora que la mayor parte de los alimentos tienen suplemento tanto de vitamina D como C podría creerse que el problema por su deficiencia ya no debe preocupar al médico. Lo importante ahora es el descubrimiento de su participación para disminuir el riesgo de enfermedades entre la que se cuentan cáncer, enfermedades autoinmunes, infecciosas y cardiovasculares. En el caso del hueso su deficiencia produce raquitismo en el niño y osteomalacia u osteoporosis en el adulto. Cerca de 33% de las mujeres entre 60 y 70 años padecen osteoporosis, mientras que la cifra sube a 66% entre aquellas de 80 años o más. La deficiencia de vitamina D afecta también al músculo ocasionando debilidad.

Capítulo 5

El cerebro, la próstata, la glándula mamaria y el colon entre otros órganos, así como el sistema inmunológico, tienen receptores para la vitamina D; es más, también expresan la enzima 25-hidroxivitamina D-1-α-hidroxilasa. La 1,25-dihidroxivitamina D controla más de 200 genes que incluyen algunos relacionados con la regulación de la proliferación celular, diferenciación, apoptosis y angiogénesis. También disminuye la proliferación celular tanto en células normales como en cancerosas, e induce su diferenciación terminal. Ésta y otras funciones más tienen esta vitamina que anteriormente sólo se relacionaba con el metabolismo del calcio. El término “osteopetrosis” comprende a un grupo de enfermedades hereditarias que se caracterizan por un aumento de la densidad ósea en las radiografías. Desde el punto de vista clínico hay dos grupos de osteopetrosis, la forma adulta que es autosómica dominante y la forma infantil que es autosómica recesiva y clínicamente más grave. En aproximadamente 70% de los casos la osteopetrosis se debe a una falla en la función de los osteoclastos. En la osteopetrosis prácticamente no hay diferencia histológica entre el hueso cortical y el hueso esponjoso. El tejido que se observa en estos casos es cartílago calcificado y hay ausencia en la remodelación, con ausencia de la reabsorción de la cavidad medular por parte de los osteoclastos, lo que induce una insuficiente hematopoyesis, ya que ésta tiene lugar en el hueso esponjoso.

Músculo

■ Tejidos

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a este proceso se le denomina termogénesis. La mayoría del calor generado por el músculo se utiliza para mantener la temperatura normal del organismo. Por ejemplo, las contracciones involuntarias del músculo esquelético, conocidas como escalofrío, pueden aumentar la tasa de producción de calor. En cuanto a la contracción muscular, la base del movimiento la constituyen dos proteínas principales denominadas actina y miosina II, las cuales suelen formar miofilamentos que corren en forma paralela en dirección de la contracción celular y son parte fundamental del aparato contráctil de las células. La disposición de estas distintas proteínas en las fibras musculares constituye una característica importante en la clasificación de las mismas, dado que puede conferirles una apariencia de acuerdo con la presencia o ausencia de estriaciones transversales. Tomando en cuenta esta clasificación, existen músculo liso (sin estriaciones) y músculo estriado. Una clasificación detallada permite describir cuatro tipos de células musculares: los miocitos que son las células de músculo estriado esquelético, los cardiomiocitos que son las células de músculo estriado cardiaco, los leiomiocitos que son las células de músculo liso y otras células con características contráctiles que incluye a las células mioepiteliales, los miofibroblastos y las células mioides. Una característica importante de las células musculares es que poseen una membrana plasmática particularmente excitable que propaga el estímulo que inicia la contracción celular.

Funciones del tejido muscular El movimiento activo orientado es característico de las formas de vida multicelular, el cual se desarrolló con el tiempo en células especializadas, llamadas células musculares. Como ejemplo, cabe pensar que las células musculares son grandes fábricas que convierten la materia prima, que es el trifosfato de adenosina (ATP), en movimiento mecánico y, de esta manera, generan la contracción muscular. El tejido muscular se encuentra distribuido por todo el organismo formando diversas estructuras como la túnica media de los vasos sanguíneos, o la pared del intestino. Piense en todo lo que hace el cuerpo humano: caminar, correr, tomar un lápiz, mover la cabeza, etc.; todos estos movimientos dependen de la función integrada de los huesos, articulaciones y músculos. La contracción del músculo esquelético estabiliza las articulaciones y ayuda a mantener la posición corporal. También moviliza los alimentos y sustancias como la bilis, o las enzimas que se secretan en el estómago, en donde además permite a través de movimientos coordinados, que se mezclen de forma adecuada los alimentos y las enzimas digestivas. Otra función no menos importante es la generación de calor, mismo que se produce cuando la fibra se contrae;

Músculo esquelético Se llama así porque la mayoría de estos músculos mueven al esqueleto, junto con el cual mantienen la posición corporal. Unos cuantos músculos se fijan a la piel o a otros músculos esqueléticos para moverlos. Una característica importante del músculo esquelético es que su movimiento es voluntario, como en los músculos que se unen al esqueleto, pero también en otros órganos como la lengua y la faringe. Este tipo muscular es voluntario, ya que está inervado por el sistema nervioso somático. La contracción muscular permite la articulación para la vocalización, la deglución y la respiración. Además, tiene una característica particular y es que las fibras musculares se asocian en diferentes niveles de organización, los cuales están separados entre ellos por cubiertas de tejido conjuntivo denominadas: epimisio, perimisio y endomisio.

Epimisio Es la cubierta que se encuentra rodeando a un músculo y está formada por tejido conjuntivo denso, además, por esta capa ingresa la inervación y la irrigación (figura 5-67).

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Histología y biología celular

Epimisio

Perimisio Endomisio

Miofibrilla

Figura 5-67. Organización del músculo esquelético de acuerdo con las capas de tejido conjuntivo que lo limitan.

Perimisio Esta capa, que es menos densa que la anterior, rodea a un conjunto de fibras, que se denominan fascículos (figura 5-67).

Endomisio Las fibras de tejido conjuntivo (reticulares) rodean a las fibras individuales y forman esta cubierta individual para cada miocito o fibra muscular. Esta cubierta es tan delgada que sólo se acompaña de capilares y nervios muy delgados, los cuales viajan de forma paralela a las fibras musculares. Es importante destacar que la fibra muscular es la mínima unidad estructural y funcional del músculo esquelético y corresponde a una célula larga y multinucleada (figura 5-67).

Características de los miocitos esqueléticos Los miocitos del músculo esquelético son células de forma cilíndrica, y su longitud varía desde 1 mm (músculo del estribo) hasta los 30 cm (músculo sartorio). Su diámetro oscila entre los 10 y 100 μm. Estas células forman sincicios que poseen múltiples núcleos periféricos, situados por debajo del sarcolema o membrana plasmática del músculo. En el sarcoplasma o citoplasma de los miocitos se disponen la actina y la miosina, asociadas con otras proteínas que se describirán más adelante. La disposición particular de los miofilamentos de estas dos proteínas principales se hace evidente, en forma de estriaciones transversales, que se pueden apreciar como característica de este tipo muscular (figura 5-68). El sarcoplasma puede contener inclusiones, como gotas de lípidos o glucógeno. En cuanto a otros organelos,

Figura 5-68. Músculo esquelético. Los núcleos se encuentran a la periferia de las fibras musculares. Se aprecian bandas claras y oscuras, que corresponden a sus estriaciones.

cerca de los polos celulares, se encuentran pequeños complejos de Golgi y mitocondrias, que se disponen en hileras entre las miofibrillas. Con tinciones especiales se puede identificar la presencia de retículo sarcoplásmico o retículo endoplásmico liso del músculo, el cual rodea a la fibra muscular. Está limitado por el sarcolema, que es la membrana plasmática de la fibra muscular. Por otra parte, alrededor de las células de los miocitos se encuentran células satélite que se localizan dentro de la lámina basal, la cual rodea la fibra muscular exactamente en sus depresiones. Estas células son alargadas y aplanadas hacia la fibra muscular y tienen la capacidad de regenerar a las fibras musculares de cualquier daño. También cuentan con su propia maquinaria de movimientos, la cual promueve contracciones y relajaciones.

Aparato contráctil Ya se mencionó que las estriaciones son evidentes debido al contenido de miofibrillas estriadas, las cuales se observan como bandas claras y oscuras a través de cada fibra, característica que el músculo esquelético comparte con el cardiaco. Las miofibrillas están compuestas por una secuencia de pequeñas unidades contráctiles conocidas como sarcómeras, constituidas de miofilamentos de actina y miosina. Según la distribución e interconexión de los miofilamentos se pueden distinguir diferentes bandas y líneas en las sarcómeras (figura 5-68). La banda I (isotrópica o monorrefringente) corresponde a los filamentos de actina. La banda A (anisotrópica o birrefringente) corresponde a los filamentos de miosina que pueden traslaparse con los filamentos de actina. La banda H es la zona clara de la banda A y corresponde únicamente a los filamentos de

Capítulo 5

miosina sin el traslape de actina. La línea o disco Z es el disco de anclaje de los filamentos delgados de actina de dos sarcómeras vecinas mediado por la α-actinina. Finalmente la línea M divide a la banda H y corresponde a la zona de anclaje de los filamentos de miosina, mediada por la proteína miomesina (figura 5-69). La sarcómera está limitada por dos líneas o discos Z adyacentes y tiene un tamaño aproximado de 2.5 μm; esta medida puede variar durante la contracción alrededor de 1 μm y durante el estiramiento hasta 4 μm. Para que la contracción muscular sea eficiente y rápida, se requiere que los miofilamentos estén alineados de manera precisa, además de conservar una distancia óptima entre ellos. Por otra parte, se requiere la participación de proteínas que le ayuden a las miofibrillas a realizar su trabajo.

Proteínas accesorias Son varias las proteínas accesorias que se encargan del anclaje de los miofilamentos y de mantenerlos alineados durante la contracción: titina, α-actinina, nebulina, tropomodulina, desmina, miomesina, proteína C y distrofina. En la complicada estructura molecular de la sarcómera, es de interés aludir a la distrofina, que tiene a su cargo reforzar y estabilizar el sarcolema durante la tensión de la contracción muscular ya que la mutación en esta proteína da origen a la enfermedad identificada como distrofia muscular de Duchenne. Esta proteína se ubica entre las proteínas accesorias del disco Z que se unen al costámero que corresponde a una banda que rodea a la sarcómera, y se alinea con el disco Z. Su función es la de constituir una

■ Tejidos

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placa de unión a la matriz extracelular, semejante a los cuerpos densos en el músculo liso (figura 5-69).

Contracción del músculo esquelético En la placa neuromuscular que corresponde a la región en donde las fibras musculares y las ramas nerviosas terminales se conjuntan, el neurotransmisor excitatorio, que es la acetilcolina, se libera a las hendiduras sinápticas primarias y secundarias despolarizando la membrana celular o sarcolema (figura 5-70). El sarcolema excitable permite que el estímulo se distribuya de esta zona a toda la célula a través de los canales iónicos dependientes de voltaje. Los túbulos T que corresponden a invaginaciones del sarcolema conducen el estímulo excitatorio cerca del borde de las bandas I y A de la fibra muscular. Cabe destacar que los túbulos T están en estrecho contacto con las cisternas formadas por el retículo endoplásmico liso o retículo sarcoplásmico formando las tríadas (figura 5-69). Una tríada está formada por un túbulo T que pasa entre dos invaginaciones o cisternas de retículo sarcoplásmico. Las proteínas sensoras de voltaje presentes en la membrana del túbulo T cambian su conformación en respuesta a la despolarización del sarcolema, y al estar en cercanía con los canales de calcio de la membrana de las cisternas del retículo, éstos se abren permitiendo la salida de calcio al citoplasma. El calcio constituye una molécula importante en la interacción de los miofilamentos de actina y miosina, cuya unión es trascendente en la contracción muscular. Los sitios de interacción entre actina y miosina están bloqueados por la tropomiosina cuando la célula se encuentra en reposo, impidiendo que estas proteínas se unan. Por otro lado, las troponinas mantienen a la tropo-

Costámero Distroglucanos

Retículo sarcoplásmico

Miofibrillas Distrofina

Túbulo T

Tríada Sarcoglucanos

Núcleo

Nebulina I

M

H A Titina

Figura 5-69. Estructura interna del fascículo muscular y la característica de la miofibrilla esquelética.

α-Actinina Tropomodulina

Tropomiosina Línea Z

Mitocondria Microfibrillas Sarcolema de colágeno Lámina basal

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Histología y biología celular

Vesículas sinápticas

Pliegues

Fibras de tipo I

Ramas nerviosas

Mitocondrias

Núcleo

También llamadas fibras rojas, son muy pequeñas, delgadas y contienen gran cantidad de mioglobina, además de mitocondrias. La miosina usa el ATP con lentitud, por lo que la contracción es también lenta, resiste la fatiga pero genera menor fuerza. Las fibras musculares rojas son utilizadas para generar fuerza sostenida, por ejemplo, control de la postura, o las de los corredores de distancia.

Fibras de tipo II Conocidas como fibras intermedias, son de tamaño intermedio, con alto contenido de mioglobina, mitocondrias, mucho glucógeno y son capaces de utilizar la glucólisis anaerobia. Generan contracciones rápidas e intensas o resistentes a la fatiga.

Fibras de tipo IIB Miofibrillas

Figura 5-70. Características de la placa neuromuscular.

miosina en su lugar. Cuando el calcio es liberado al sarcoplasma, éste se une a la troponina C induciendo un cambio estructural del complejo troponina-tropomiosina que permite la exposición del sitio de interacción de la actina con la miosina. La cabeza de ésta se une a la actina y forma un puente. Cuando el ATP se une a la miosina, el puente de actina-miosina se disocia rápidamente. En consecuencia, el ATP es hidrolizado y la cabeza de miosina libre se desplaza 5 nm en forma lineal, con respecto a la actina. La cabeza de miosina libre junto con sus productos de la hidrólisis (ADP y fosfato inorgánico) se une a la actina vecina liberando el fosfato inorgánico. El desplazamiento de este último lleva primero a un incremento en la afinidad de unión entre la miosina y la actina, y, después, a que la miosina regrese a su posición normal generando el golpe de fuerza. En esta última fase se pierde ADP y el puente actina-miosina está listo nuevamente para unir ATP e iniciar una vez más el ciclo de contracción. Durante el golpe de fuerza, los filamentos de actina se desplazan sobre los filamentos de miosina disminuyendo el tamaño de la sarcómera en un 30%, por lo que las bandas I y H se acortan, mientras que la banda A y la línea M no se modifican, y los discos Z que limitan a la sarcómera, se aproximan entre sí. Por último, las concentraciones de calcio son restauradas por bombas de calcio dependientes de ATP en la membrana del retículo sarcoplásmico, 30 milisegundos después de la activación de la fibra muscular, y lo regresan a su interior.

Tipos de fibras musculares esqueléticas Las fibras musculares esqueléticas se han clasificado en función de su velocidad de contracción, su velocidad enzimática y su perfil metabólico en tres variantes.

Mejor conocidas como fibras blancas, son las más grandes, las cuales contienen menor cantidad de mioglobina, y mitocondrias, pero con mayor cantidad de glucógeno. Este tipo de fibras depende de la glucólisis anaerobia para generar ATP. La actividad de la ATPasa es alta por lo que la contracción es rápida y de duración breve, con fatiga pronta. Son las de los corredores de velocidad.

Husos neuromusculares Son especializaciones sensoriales encapsuladas del tejido muscular. Un número muy pequeño de fibras musculares modificadas, intrafusales, responden al estiramiento activando la contracción muscular refleja y protegiendo de esta manera al músculo del estiramiento excesivo.

Músculo cardiaco Músculo localizado en la pared del corazón y en la entrada de las grandes venas que llegan al atrio derecho. Este tejido se halla inervado por el sistema nervioso autónomo y se caracteriza por realizar contracciones espontáneas, rítmicas e involuntarias.

Estructura del músculo cardiaco Los cardiomiocitos son células en forma de pantalón, que presentan un núcleo oval central, estriaciones transversales, como el músculo esquelético, y únicamente endomisio. Además, posee muchas mitocondrias y glucógeno en el citoplasma entre las miofibrillas, gránulos de lipofuscina y algunos presentan gránulos atriales en el espacio yuxtanuclear, que evidencian una función endocrina de los miocardiocitos (figura 5-71). La ultraestructura del aparato contráctil y su mecanismo de contracción corresponden al descrito para el músculo esquelético; sin embargo, los cardiomiocitos presentan la característica de estar unidos entre sí por los dis-

Capítulo 5

■ Tejidos

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Retículo sarcoplásmico

*

*

N

Túbulo T Díada

Núcleo Mitocondrias

N

*

N Sarcolema

Figura 5-71. Músculo cardiaco. Las fibras musculares cardiacas presentan núcleos centrales (N) y una característica forma apantalonada. Se observan los discos intercalares (→) que permiten la comunicación entre las células. La lipofuscina ( ) es un pigmento que se puede encontrar en estas células en una posición cercana al núcleo.

*

cos intercalares. Estos discos sustituyen de manera transversal la última línea Z dentro de la célula y están compuestos por la fascia adherente y desmosomas, lo que permite conservar el arreglo de las miofibrillas y evitar que durante la contracción celular se separen las células. En la cara longitudinal de los discos intercalares se encuentran grandes cantidades de uniones de intersticio que proveen la continuidad iónica entre cardiomiocitos vecinos. De este modo se garantiza la sincronicidad de la contracción muscular. Otra característica estructural distintiva del tejido muscular cardiaco es que los túbulos T son más anchos que en el músculo esquelético y se halla en la línea Z de cada sarcómera (figura 5-72). El retículo sarcoplásmico es más sencillo que en el músculo esquelético y no forma cisternas paralelas a los túbulos T, sino pequeñas dilataciones asociadas a los túbulos T formando díadas en vez de tríadas (figura 5-72). El músculo cardiaco carece de células satélite o algunas equivalentes, por lo que es un tejido con poca regeneración.

Contracción del músculo cardiaco Del mismo modo que el músculo esquelético, la despolarización de los túbulos T activa las proteínas sensoras de voltaje presentes en la membrana de los túbulos T. Estas proteínas cambian su conformación y forman canales de

Figura 5-72. Estructura interna de las fibras musculares cardiacas.

calcio funcionales que permiten el paso de calcio de la luz del túbulo T al sarcoplasma; la despolarización, a su vez, abre los canales de calcio del retículo sarcoplásmico. Esta rápida y masiva liberación de calcio permite que se lleve a cabo la contracción celular similar a la del músculo esquelético. Asimismo, el tejido muscular presenta células musculares modificadas, especializadas en la conducción rápida de estímulos, que se conoce como el sistema de conducción. En el nodo sinusal se generan los impulsos y se propagan rápidamente al resto de las paredes cardiacas a través del sistema de conducción, que se describe con mayor detalle en el capítulo 9: Sistema cardiovascular. El ritmo generado por el marcapasos del corazón, el nodo sinusal, puede ser modificado por el sistema nervioso autónomo, cuyas terminaciones simpáticas y parasimpáticas terminan en ambos nodos (NSA y NAV) y aceleran o desaceleran, respectivamente, la frecuencia cardiaca.

Músculo liso El músculo liso se encuentra principalmente en la pared de algunos conductos, como vasos sanguíneos, conductos glandulares grandes, en las vías respiratorias y en la piel. Por otra parte, también se encuentra en el tubo digestivo, cuya función principal es el traslado de alimentos y la

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Histología y biología celular

peristalsis; en los vasos sanguíneos, además de mantener el tono vascular, se dedica a la síntesis de proteínas de la matriz extracelular. El movimiento del músculo liso está regulado por el sistema nervioso autónomo, por lo cual su capacidad de movimiento es totalmente involuntaria.

Estructura del músculo liso Las células musculares lisas o leiomiocitos, son fusiformes, su tamaño varía de acuerdo con la región en donde se localicen; por ejemplo, las fibras musculares del útero miden aproximadamente 10 a 500 μm, mientras que las fibras más pequeñas se encuentran en las arteriolas y su tamaño es alrededor de 2 a 15 μm. Cada fibra muscular posee un único núcleo localizado en la parte central y más ancha de la fibra. Además, presentan varios nucleolos y carecen de estriaciones en su citoplasma. El núcleo es alargado en sentido longitudinal de la fibra (figura 5-73), y cambia de forma cuando se contraen las células, y se observa en forma de sacacorcho (figura 5-74). El conjunto de fibras musculares se unen por tejido conjuntivo que penetra entre ellas (figura 5-75). Estas células se encuentran conectadas entre sí a través de uniones de intersticio y, de esta manera, regulan la contracción de una capa completa de músculo liso. También presentan endomisio, pero carecen de perimisio y epimisio. El retículo sarcoplásmico se encuentra asociado a caveolas, mientras que la mayoría de los organelos se encuentran en los polos del núcleo. Las células musculares lisas carecen del sistema de túbulos T y sus caveolas, que son plegamientos de la membrana celular, sustituyen esta función. Los leiomiocitos presentan cuerpos densos formados por varias proteínas de anclaje incluyendo α-actinina y permiten el anclaje de los filamentos de actina y filamentos intermedios, como la desmina y vimentina. Estos cuerpos densos se encuentran distribuidos a lo largo de todo el sarcoplasma. El citoplasma se encuentra lleno de filamentos de actina y miosina. Los filamentos de actina carecen de troponina, y los sitios de unión con la miosina quedan bloqueados por las proteínas calponina y caldesmona. Las moléculas de miosina están orientadas en una dirección en un lado del filamento y en dirección contraria del otro lado del filamento. Esta organización maximiza el deslizamiento de los filamentos delgados sobre los gruesos.

Cuerpos densos

Figura 5-73. Célula de músculo liso relajada.

Figura 5-74. Célula de músculo liso contraído, en el que se aprecia el núcleo en forma de sacacorchos.

Contracción del músculo liso La contracción del músculo liso se inicia por diferentes tipos de estímulos que llevan al incremento intracelular de calcio y a la contracción celular. Los impulsos mecánicos como el estiramiento de la célula activan los canales iónicos mecanosensibles los cuales llevan a la contracción espontánea (reflejo miogénico). Asimismo, la despolarización eléctrica inducida por la estimulación neural al ser liberado algún neurotransmisor como la acetilcolina o la noradrenalina, lleva a la despolarización de la membrana abriendo los canales de calcio sensibles a voltaje. Por último, los estímulos químicos son aquellos inducidos por la angiotensina II o por la vasopresina que actúan sobre receptores membranales llevando a la contracción celular sin requerir de un potencial de acción y la despolarización de la membrana para iniciar la contracción. El calcio intracelular proveniente de las caveolas es insuficiente para la contracción celular y se requiere, además, la liberación del calcio del retículo sarcoplásmico. El calcio se une a la calmodulina formando un complejo que, a su vez, se une a la cinasa de la cadena ligera de la miosi-

*

Figura 5-75. Músculo liso. Las fibras musculares lisas no presentan estriaciones y sus núcleos se localizan al centro de las células. Entre las fibras musculares se hallan fibras de tejido conjuntivo ( ).

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Capítulo 5

na, activando la fosforilación de la misma. Una vez que se ha fosforilado la cadena ligera, el sitio de unión de la miosina es activado y se ensambla con la actina. En presencia de ATP se da el movimiento de la cabeza de la miosina que genera la contracción. Esta fosforilación puede ser de larga duración, por lo que la contracción del músculo liso es lenta, prolongada y sostenida.

Tipos de músculo liso Con base en la especificidad con la que las células individuales del músculo liso responden al estímulo, existen dos tipos de músculo liso. Las células de músculo liso multiunitarias, que pueden contraerse de manera independiente porque cada célula está inervada, y las células de músculo liso unitarias, cuyas células presentan uniones de intersticio y la rama terminal nerviosa sólo hace sinapsis con algunas fibras musculares. Este último tipo de células musculares nunca se contraen de modo espontáneo e independiente unas de otras como sucede en el músculo liso de los vasos sanguíneos.

Reparación de tejido muscular Músculo estriado voluntario. Se regenera a partir de células satélite, las cuales son mioblastos que no se incorporaron a la fibra muscular, y quedan dentro de la lámina externa. Si las células satélite se dañan, entonces habrá reparación. Músculo estriado cardiaco. No tiene posibilidad de regeneración, sino que se repara a partir de tejido conjuntivo. Músculo liso. Posee capacidad mitógena, que permite su regeneración.

Otras células contráctiles En este grupo de células están comprendidas aquellas con miofilamentos y, por tanto, de propiedades contráctiles: células mioides, mioepiteliales y miofibroblastos. Estas células, de manera similar a las de músculo liso, poseen α-actina, miosina, filamentos intermedios como la vimentina, la desmina y cuerpos densos que permiten la contracción de la célula. Las células mioides se encuentran paratubulares con respecto a los túbulos seminíferos del testículo. Estas células estrelladas tienen como función principal participar en el movimiento de los espermatozoides y del líquido testicular. Las células mioepiteliales se localizan de manera abundante en varios tejidos, particularmente en glándulas sudoríparas, salivales, mamarias y también en el iris. Suelen tener forma ahusada cuando corren paralelas al eje longitudinal de los conductos glandulares, pero pueden llegar a tener forma de canasta permitiendo que algunas células epiteliales glandulares tengan contacto con la lámina basal. Estas células aparte de sintetizar parte de la lámina basal del epitelio, presentar uniones intercelulares con otras células epiteliales, mioepiteliales y la lámina

■ Tejidos

129

basal, tienen la capacidad de funcionar como supresoras tumorales. Los miofibroblastos, como bien lo dice su nombre, son fibroblastos con propiedades contráctiles, es decir, poseen la capacidad de sintetizar matriz extracelular al igual que los fibroblastos y tienen adicionalmente la función contráctil. Estas células son en especial abundantes en el tejido de granulación durante el proceso de cicatrización, en que sintetizan matriz extracelular para sustituir el tejido perdido y, por el otro lado, efectúan la contracción de la cicatriz disminuyendo el tamaño de ésta.

Correlación clínica La miocarditis se presenta con una gran variedad de síntomas que van desde la disnea moderada, dolor en el pecho y la falla cardiaca completa que puede llevar a la muerte. Cuando se presenta una miocarditis, la consecuencia es la insuficiencia cardiaca crónica que puede evolucionar a una miocardiopatía dilatada. La causa más común de esta patología son las infecciones virales (coxsackie virus B, adenovirus, parvovirus, hepatitis C, entre otros); Borrelia burgdorferi (enfermedad de Lyme) o Trypanosoma cruzi también son agentes que pueden originar esta alteración, sin olvidar al virus de la inmunodeficiencia humana (HIV). A fin de confirmar el diagnóstico de miocarditis debe observarse infiltrado por células inflamatorias, con o sin necrosis de los miocardiocitos, utilizando tinciones como la de H-E. Esta opción diagnóstica se acompaña de variabilidad en la interpretación del observador, por lo que ahora se emplean marcadores utilizando a la inmunohistoquímica para antígenos de superficie específicos (CD3, CD4, CD20, CD68 y el antígeno leucocitario) que también se han propuesto como factores de pronóstico. Aunque la biopsia es de gran utilidad, los riesgos que la acompañan limitan su uso con mayor frecuencia. Hay otras herramientas que, asociadas a una buena historia clínica, ayudan a obtener un diagnóstico acertado, como el electrocardiograma, el ecocardiograma o la resonancia magnética.

Durante el ejercicio intenso los niveles de IL-6 aumentan en la sangre. Esto se debe a que las células musculares esqueléticas son capaces de sintetizar esta proteína durante la contracción muscular. Además, existe una correlación entre la magnitud de la respuesta de IL-6 y el ejercicio intenso, lo cual determina la masa muscular requerida para la actividad contráctil. Por otra parte, la familia de las MAPK, que son proteínas con actividad mitogénica, a menudo aumentan las contracciones musculares esqueléticas. Por ejemplo, p38 que pertenece a esta familia, disminuye el glucógeno, además de alterar la homeostasis del calcio, lo cual resulta en una prolongada excitación de las células musculares esqueléticas. Durante el ejercicio, no sólo se queman calorías, sino que también se sintetiza IL-6; por esta razón es bueno hacer deporte.

130

Histología y biología celular

Tejido nervioso Introducción El tejido nervioso es el conjunto de células especializadas que forman el sistema nervioso. Las funciones más importantes del tejido nervioso son recibir, analizar, generar, transmitir y almacenar información proveniente tanto del interior del organismo como de fuera de éste. Es un complejo sistema encargado de la regulación de diversas funciones orgánicas vitales como son la respiración, la alimentación, la digestión, el sueño, etc. Así como es el origen de funciones muy complejas y abstractas como el pensamiento, la memoria y el aprendizaje Desde el punto de vista anatómico el sistema nervioso puede dividirse en sistema nervioso central (SNC), que incluye el encéfalo y la médula espinal; y sistema nervioso periférico (SNP) que incluye los nervios espinales, los nervios craneales y sus ganglios relacionados. Desde un punto de vista funcional también se puede dividir en sistema nervioso somático o voluntario y sistema nervioso autónomo (que, a su vez, se subdivide en sistema simpático y parasimpático).

Composición del tejido nervioso El tejido nervioso está constituido por dos tipos de células: 1) las neuronas, su función está basada en el desarrollo de dos propiedades que son la excitabilidad y la conductividad. Las neuronas son las encargadas de recibir estímulos del medio, transformarlos e integrarlos así como transmitirlos como impulsos, integradores cognitivos y motores del sistema nervioso. Y 2) las células de la glia o neuroglia, son células encargadas de desempeñar diversas funciones: de soporte, defensa, mielinización, nutrición a las neuronas, regulación de la composición del microambiente, protección, formar parte de la barrera hematoencefálica, revestimiento, formación de líquido cefalorraquídeo, reparación de daño cerebral, fagocitosis, etcétera.

Neurona La concepción inicial de la estructura del tejido nervioso sostenida por van Geuchten y Camilo Golgi proponía que el tejido nervioso estaba formado por un retículo fibrilar unido a las prolongaciones de las neuronas. Con las impregnaciones argénticas y por las observaciones de Ramón y Cajal se establece la doctrina neuronal cuyos enunciados postulan: 1) la neurona es la unidad anatómica del tejido nervioso y sus ramificaciones terminan en otras neuronas sin que exista continuidad; 2) cada neurona es una unidad funcional; el impulso nervioso se transmite de una neurona a otra a través de las sinapsis denominadas por Sherrington; 3) las neuronas son unidades tróficas cuyo cuerpo actúa como centro vital de las prolongaciones.

Soma o pericarion Dendritas Núcleo Nucleolo

Axón Mielina

Telodendrón

Figura 5-76. Esquema de las partes principales de una neurona típica: soma o cuerpo neuronal (pericarion), dendritas y axón.

La neurona es el elemento principal en el funcionamiento del tejido nervioso, son células especializadas en recibir señales desde receptores sensoriales, que conducen y transmiten impulsos eléctricos que consisten en cambios en la polaridad eléctrica a nivel de su membrana celular, este grado de especialización conlleva entre otras cosas a la nula capacidad de división. La neurona típica presenta un cuerpo neuronal o pericarion y las prolongaciones; que corresponden al axón que por lo general es la prolongación más larga, delgada y es la que transmite el impulso hacia otras neuronas, el músculo, o hacia glándulas; y las dendritas que son prolongaciones que reciben los impulsos, por lo general múltiples, ramificadas y son más cortas que el axón (figura 5-76).

Clasificación de las neuronas Las neuronas presentan gran diversidad de tamaño, morfología, número y disposición de sus prolongaciones. Por su morfología las neuronas pueden ser estrelladas, fusiformes, piriformes, piramidales, etcétera (figura 5-77). El tamaño del cuerpo neuronal es muy variable; desde 4 μm, en las neuronas granulosas o granos del cerebelo, hasta 150 μm como las motoneuronas de la médula espinal. De acuerdo con el número de sus prolongaciones dendríticas, las neuronas se clasifican en (figura 5-78):

Capítulo 5

Piramidal

Purkinje

Talámica

Neurona en cesto

Estrellada

Granular

Figura 5-77. Diversos tipos de neuronas de acuerdo con la forma del pericarion. Piramidal de corteza cerebral, piriforme célula de Purkinje de cerebelo, estrellada en tálamo y estriado, neurona en cesto en cerebelo y granular en bulbo olfatorio.

• Neuronas unipolares. Poseen una sola proyección que parte del cuerpo neuronal y son raras en los vertebrados, salvo durante el desarrollo embrionario. • Neuronas seudounipolares. Este tipo de neuronas se derivan de neuroblastos bipolares, y durante el desarrollo las prolongaciones se fusionan en la parte proximal, por lo que la neurona presenta sólo una prolongación en forma de T que sale del cuerpo celular, esta proyección se bifurca a cierta distancia en una rama periférica y una rama central. La rama cen-

Músculo Unipolar

Bipolar

Seudounipolar

Multipolar

Figura 5-78. Clasificación morfológica de las neuronas según el número de prolongaciones. Célula unipolar en estadio embrionario, neurona bipolar de retina y receptores olfatorios, célula seudounipolar del ganglio sensitivo de la raíz dorsal y neurona multipolar del asta anterior de la médula espinal.

■ Tejidos

131

tral funciona como axón y entra en el SNC, y la rama periférica recibe señales y funciona como dendrita. Se encuentran en los ganglios sensitivos de la raíz dorsal de los nervios espinales y en los ganglios sensitivos de varios nervios craneales. • Neuronas bipolares. Son las que poseen dos proyecciones que salen del soma, una sola dendrita y un solo axón que se localizan en polos opuestos de la célula. Este tipo de neuronas son receptores fusiformes, que se encuentran en la mucosa olfatoria, retina, y en los ganglios vestibulares y cocleares del oído interno. • Neuronas multipolares. Son las más abundantes en el sistema nervioso. Presentan más de dos ramas dendríticas primarias que se originan del soma y se ramifican en secundarias, terciarias, etc., que les permite recibir aferencias de múltiples neuronas. Presentan un axón que transmite tanto impulsos sensoriales como motores. El soma de estas neuronas puede ser estrellado como la motoneurona del asta ventral de la médula espinal, piramidal como las gigantes de Betz del área motora de la corteza cerebral. Funcionalmente las neuronas se clasifican en tres categorías: • Neuronas sensitivas (aferentes). Son las que reciben estimulación sensitiva a nivel de sus terminaciones dendríticas y conducen los impulsos desde los receptores hasta el SNC. Las dendritas de estas células corresponden a las fibras nerviosas aferentes somáticas y viscerales. Las fibras aferentes somáticas transmiten sensaciones de dolor, temperatura, tacto y presión de la superficie corporal, además, transmiten dolor y propiocepción desde órganos internos como músculos, tendones y articulaciones. Las fibras aferentes viscerales transmiten los impulsos de dolor y otras sensaciones desde las mucosas, las glándulas y los vasos sanguíneos. • Neuronas motoras (eferentes). Se originan en el SNC y conducen los impulsos nerviosos hacia las células efectoras, como las motoneuronas de la médula espinal envían impulsos voluntarios a los músculos esqueléticos (fibras eferentes somáticas), y las fibras eferentes viscerales transmiten impulsos involuntarios al músculo liso y a las glándulas. • Interneuronas llamadas también internunciales, están localizadas dentro del SNC, y funcionan como interconectoras o integradoras que establecen redes de circuitos neuronales locales entre las neuronas sensitivas, motoras y otras interneuronas.

Ultraestructura de la neurona Las neuronas tienen gran capacidad de síntesis de proteínas, con un alto gasto de energía metabólica, y se caracterizan por presentar los elementos que se mencionan a continuación.

132

Histología y biología celular

Pericarion El cuerpo neuronal o pericarion es la porción central de la célula que proporciona una gran área de superficie de membrana para recibir los impulsos nerviosos. Éste presenta un núcleo esférico que varía de 3 a 18 μm de diámetro con abundante eucromatina (manifestación de alta actividad sintética) y posee uno o dos nucleolos prominentes que se destacan en la matriz nuclear (figura 5-79). La envoltura nuclear presenta numerosos poros nucleares y adosada a su cara interna se encuentra la cromatina periférica en la que puede distinguirse que la porción externa se continúa con cisternas del retículo endoplásmico. Retículo endoplásmico rugoso. Es muy abundante debido a la gran síntesis proteica; forma agregados de vesículas aplanadas con ribosomas unidos a la membrana y rodeadas por abundantes polirribosomas libres. En el microscopio óptico aparecen como acúmulos granulares distribuidos en el pericarion y se les conoce como corpúsculos de Nissl que se tiñen intensamente con los colorantes básicos y metacromáticos como la tionina. Se encuentran distribuidos en el neuroplasma del pericarion (figura 5-80) y dendritas de mayor diámetro. Aparato de Golgi. Está muy desarrollado y se puede visualizar mediante microscopio óptico, utilizando técnicas de plata se observa como una malla reticular en la porción perinuclear, dan origen a vesículas sinápticas con neurotransmisor que se desplazan hacia las terminales sinápticas.

m

A N

Figura 5-79. Micrografía electrónica de una neurona de hipocampo, con núcleo (N) eucromático, con nucleolo prominente (flecha), con gran cantidad de mitocondrias (m) en el neurópilo, se pueden observar axones mielinizados (A). Fotografía de Armando Zepeda y Francisco Pasos.

Núcleo

Nucleolo

Corpúsculos de Nissl

50 μm

Figura 5-80. Fotomicrografía de neurona motora del asta ventral de médula espinal con núcleo esférico y prominente nucleolo y corpúsculos de Nissl en el pericarion, en el neurópilo se observan los axones teñidos de azul. Tinción Kluver y Barrera.

Mitocondrias. Como las neuronas son metabólicamente muy activas, contienen gran cantidad de mitocondrias distribuidas en el pericarion, dendritas y axón, en mayor cantidad en las terminaciones axónicas. Lisosomas. El pericarion neuronal también tiene lisosomas que aparecen como cuerpos densos asociados al aparato de Golgi. Inclusiones. Las neuronas presentan diversos tipos de inclusiones: los gránulos de lipofuscina de color amarillento, es un material lipídico acumulado proveniente de la vía lisosómica que no fue degradado y el cual aumenta en sujetos de edad avanzada, este material se acumula en forma de gránulos que están agrupados en densas masas y se tiñen de negro con ácido ósmico, también se colorean con rojo escarlata; otro tipo de inclusiones son los gránulos de melanina que se acumulan en neuronas del locus coeruleus y de la sustancia nigra compacta; el glucógeno no es frecuente su localización en neuronas pero puede encontrarse en neuroblastos; los gránulos que contienen hierro se encuentran en la sustancia nigra y en el globo pálido; y los lípidos se pueden observar en neuronas —como pequeñas gotas— como expresión de reserva metabólica. Citoesqueleto. Su función es mantener la forma celular y dirigir el movimiento de organelos que intervienen en el transporte axoplásmico de vesículas que contienen neurotransmisores a lo largo de las neuronas, desde el pericarion hasta el botón sináptico, así como de componentes de citoesqueleto. El citoesqueleto está constituido por tres tipos de elementos: microtúbulos, neurofilamentos y microfilamentos. Los microtúbulos son estructuras cilíndricas huecas con 24 μm de diámetro externo, compuestos de subunidades globulares de tubulina que se disponen en hileras

Capítulo 5

longitudinales llamadas protofilamentos alineados paralelamente al eje mayor del túbulo, y se asocian a proteínas específicas (MAP; proteínas asociadas a microtúbulos). Los neurofilamentos son filamentos intermedios de 10 μm de diámetro, están constituidos por tres proteínas de diferente peso molecular: NF-L, NF-H y NF-M, y se encuentran asociados a los abundantes microtúbulos, al microscopio de luz aparecen como neurofibrillas, las que corresponden a estructuras filamentosas bien definidas cuando se impregnan con plata metálica y en coloraciones vitales con azul de metileno. Los microfilamentos también son estructuras fibrilares, de monómeros de actina, su diámetro es de 4 a 6 μm, son cortos y se organizan en forma de red, además, están en contacto con la membrana plasmática, son abundantes en el cono de crecimiento en el proceso de elongación. Retículo endoplásmico liso. Las neuronas presentan cantidades importantes tanto en el pericarion como en las dendritas y en el axón: en la espinas dendríticas forman el aparato espinoso donde se almacenan iones de calcio. En el pericarion también se encuentran ribosomas libres así como peroxisomas.

■ Tejidos

133

dendritas contiene corpúsculos de Nissl, ribosomas, poliribosomas, mitocondrias, retículo endoplásmico liso, vesículas, microtúbulos y neurofilamentos. La superficie de las dendritas de la mayoría de las neuronas presentan pequeñas protuberancias citoplasmáticas llamadas espinas dendríticas (figura 5-81) las cuales presentan un organelo membranoso denominado aparato espinoso (figura 5-82) y su función es acumular calcio. Las espinas tienen como función formar sinapsis, aumentar el área receptiva y participar en la plasticidad neuronal; éstas aumentan con el aprendizaje y disminuyen con la edad, la desnutrición y las enfermedades neurodegenerativas.

Axón

Las dendritas son prolongaciones del citoplasma, de conducción centrípeta que constituyen el sistema receptor de las neuronas y pueden ser únicas, por lo general múltiples, cortas y ramificadas. En su origen son de mayor diámetro que el axón y se van adelgazando a medida que se ramifican, formando el árbol dendrítico, dando lugar a las dendritas secundarias, terciarias, etc. El citoplasma de las

El axón o cilindroeje es una prolongación única muy delgada de conducción centrífuga, de gran longitud (hasta 100 cm de longitud). El histólogo Camilo Golgi clasificó las neuronas según su longitud del axón en: axón largo, o Golgi tipo I y axón corto, o Golgi tipo II Las neuronas Golgi tipo I corresponden a neuronas de proyección, ubicadas en SNC, las cuales poseen axones largos hasta de un metro de largo, que se originan desde el pericarion y terminan lejos de su origen, en otra parte del sistema nervioso, o en otro tejido como la piel o los músculos. Las neuronas Golgi tipo II son neuronas de asociación o interneuronas, las cuales poseen axones cortos que pueden dar origen a una ramificación recurrente que retorna hacia el soma neuronal y proyecta otras colaterales que realizan contacto con otras interneuronas o neuronas vecinas.

A

B

Dendritas

Figura 5-81. Fotomicrografía de A) neuronas piramidales (flecha) de corteza cerebral y B) dendrita con gran cantidad de espinas. Técnica de Golgi.

134

Histología y biología celular

m m

Telodendrón

Nodo de Ranvier D

Mielina +

Na

C +

K e

Canales de Na+

Figura 5-82. Micrografía electrónica de una dendrita (D). El citoplasma presenta gran cantidad de citoesqueleto (c), en el neurópilo se observan mitocondrias (m). En el recuadro inferior se aprecian dos sinapsis axoespinosas (e, espina) con las densidades postsinápticas señaladas con flechas. Escala = 1 μ. (Fotografía, Francisco Pasos y Armando Zepeda.)

El axón conduce el impulso nervioso hacia otras neuronas, glándulas o músculos para establecer contactos especializados denominados sinapsis. En su interior el axón contiene mitocondrias, retículo endoplásmico liso, vesículas de transporte, neurofilamentos y microtúbulos. En las neuronas secretoras se encuentran gránulos secretorios. Durante la transmisión de un impulso, después de la despolarización de la membrana del pericarion, el potencial de acción se origina en el segmento inicial del axón llamado cono axónico que carece de RER y ribosomas. La porción entre el vértice del cono axónico hasta el inicio de la mielina es el segmento inicial del sitio donde se genera el potencial de acción. A lo largo de su curso el axón puede ramificarse en colaterales, que son variables en número y distribución. El extremo distal se denomina telodendrón (figura 5-83) y a la terminación abultada del extremo de cada ramificación se le denomina botón terminal o botón sináptico. Existen otras terminaciones del axón como son las placas motoras neuromusculares, terminaciones de receptores especiales, terminaciones anuloespirales del huso neuromuscular. Los axones forman la parte funcional de las fibras nerviosas y se concentran en los haces de la sustancia blanca del SNC y en los nervios del SNP. En las fibras nerviosas amielínicas el axón carece de mielina y el impulso se conduce como una onda continua de inversión de voltaje hasta los botones terminales. En las fibras nerviosas mielínicas los axones están cubiertos por una vaina de mielina formada por la aposición de una serie de capas de membrana celular, que actúa

Figura 5-83. Esquema que representa una neurona multipolar, con axón mielinizado donde se pueden observar los nodos de Ranvier.

como un aislante eléctrico del axón. A lo largo del axón en el sistema nervioso periférico, la mielina está formada por células de Schwann y en cada límite intercelular existe un anillo sin mielina que corresponde al nodo de Ranvier (figura 5-83) y la porción entre dos nodos corresponde al segmento internodal. El nodo de Ranvier es el sitio donde puede ocurrir flujo de iones a través de la membrana axonal (axolema), también tiene una alta concentración de los canales de Na+ sensibles a voltaje, la consecuencia es una conducción saltatoria del potencial de acción. La consecuencia de esta estructura es que en los axones mielínicos la conducción del impulso nervioso es más rápida. La velocidad de conducción del impulso nervioso es proporcional al diámetro del axón y a la distancia entre los nodos de Ranvier (cuadro 5-7).

Transporte axónico El transporte de organelos, enzimas, agregados macromoleculares y metabolitos, es una función del citoesqueleto en la cual intervienen de forma directa los microtúbulos. El transporte se presenta en dos direcciones: el transporte anterógrado es desde el soma neuronal hacia el teledenCuadro 5-7 Clasificación de tipos de fibras nerviosas por su velocidad de conducción

Tipo

Calibre

Velocidad

Función

A) Muy mielinizadas

1-20 μm

15-120 m/ seg

Dolor agudo, tacto, presión

B) Menos mielinizadas

1-3 μm

3-15 m/seg

Viscerales aferentes

C) Amielínicas

0.5-1.5 μm

0.5-2 m/seg

Dolor crónico

Capítulo 5

■ Tejidos

135

Cuadro 5-8 Tipos de transporte axonal

Transporte axonal

Velocidad

Estructuras

Anterógrado rápido

200-400 mm/día

Vesículas derivadas del aparato de Golgi

Vesículas sinápticas, cinesina, enzimas que participan en la síntesis de neurotransmisores

Bidireccional

50-100 mm/día

Mitocondria

Citocromo, enzimas de la fosforilación oxidativa

Retrógrado rápido

200-400 mm/día

Lisosomas, endosomas

Neurotropinas, receptores de membrana internalizados, hidrolasas, lisosomales activas

Componente lento

2-8 mm/día

Microfilamentos. Componentes de la matriz citosólica

Vesículas sinápticas, actina, clatrina, dineína, dinactina y enzimas glucolíticas

dron y el retrógrado desde los botones terminales hacia el pericarion (cuadro 5-8). El transporte axonal rápido está mediado por la interacción molecular entre microtúbulos y las dos moléculas (dineína y cinesina) y son capaces de desplazarse a lo largo de los microtúbulos.

Sinapsis El término “sinapsis” (el cual fue acuñado por Sherrington en 1879) significa “conjunción” o “conexión”. Se refiere al sitio especializado funcional y estructural en que las neuronas se comunican entre sí. Los elementos que la forman son una neurona presináptica, que es la neurona que envía la información, y una neurona postsináptica, que la recibe. En ciertas circunstancias la célula que recibe la información quizá no sea una neurona, tal vez se trate de una célula muscular o glandular.

Clasificación de las sinapsis Morfológica. Las sinapsis pueden clasificarse según las partes de la neurona que establezcan contacto. El axón como elemento presináptico es el más frecuente y realiza contactos axo-dendrítico, axo-espinoso, axo-somático y axo-axónico; la dendrita es el elemento presináptico que realiza contactos dendro-dendrítico, dendro-somático y dendro-axónico; el pericarion como elemento presináptico es menos frecuente y realiza contactos somato-somáticos. Fisiológica. Existen dos tipos de sinapsis: eléctricas y químicas, que difieren en su estructura y en la forma en que transmiten el impulso nervioso. La sinapsis eléctrica (o electrotónica) no presenta neurotransmisor, corresponde a uniones de hendidura (gap junction) entre las membranas plasmáticas de las terminales presináptica y postsináptica las cuales al adoptar la configuración abierta permiten el libre flujo de iones desde el citoplasma de la terminal presináptica hacia el citoplasma de la terminal postsináptica. Este tipo de sinapsis son comunes en los invertebrados y son muy escasas en mamíferos como en la retina, cerebelo, tálamo, tallo cerebral e hipotálamo. Los canales están formados por complejos hexaméricos de subunidades llamadas conexones, que en estado abierto forman poros mucho más grandes

Ejemplos

que los que muestran los canales iónicos, lo cual permite el paso no sólo de iones, sino de otros mediadores intracelulares como el ATP y otros segundos mensajeros. Esta unión directa entre las neuronas permite que el impulso pase de una neurona a otra mucho más rápido que en la sinapsis química. La sinapsis química recibe este nombre debido a que es necesaria la participación de un mensajero químico (neurotransmisor) para que pueda ocurrir la comunicación interneuronal. En una sinapsis química las neuronas presináptica y postsináptica no están en contacto directo, las membranas de ambas neuronas se encuentran separadas por un espacio que se denomina hendidura sináptica y que mide entre 20 y 40 nm. Estas tres estructuras forman una sinapsis típica (figura 5-84). La comunicación neuronal ocurre cuando la neurona presináptica libera el neurotransmisor y éste se une a receptores de la membrana de la neurona postsináptica. A la MET la región del botón presináptico se caracteriza por contener abundantes mitocondrias y vesículas presinápticas que son organelos revestidos de membrana que son ligeramente esféricas o pleomórficas con diámetro que oscila entre 30 y 100 nm, las cuales contienen distintos neurotransmisores. Estas vesículas tienden a acumularse en una región adyacente a la membrana presináptica denominada zona activa. Desde un punto de vista morfológico, las vesículas sinápticas pueden dividirse en claras y densas: las claras suelen estar más cercanas a la zona activa, contienen neurotransmisores de pequeña molécula (principalmente aminoácidos y acetilcolina), tienen un tamaño más pequeño y regular, se forman y reciclan (junto con su neurotransmisor) en la terminal axonal y están involucradas en la neurotransmisión rápida. Por otro lado, las vesículas densas por lo general contienen neuropéptidos y/o aminas, son más grandes e irregulares, se originan en el soma neuronal y son transportadas desde ahí a la terminal y están involucradas en la modulación a largo plazo de la neurotransmisión. Estas vesículas, al transmitirse el potencial de acción hasta la terminal axonal se fusionan con la membrana presináptica y descargan los neurotransmisores a la hendidura sináptica por un proceso de exocitosis.

136

Histología y biología celular

Neurona presináptica

Vesícula sináptica

Neurona postsináptica Vesícula sináptica fusionada

Neurotransmisor liberado Membrana presináptica

Hendidura sináptica

Receptor del neurotransmisor

Entrada de Iones a través de canales activados por ligando

Membrana postsináptica

Figura 5-84. Dibujo esquemático de una sinapsis química “típica”. Se observan los distintos componentes tanto presinápticos como postsinápticos. (Modificada de Purves 2008.)

La membrana postsináptica se caracteriza por presentar una zona subyacente electrondensa denominada densidad postsináptica y contiene receptores específicos para el neurotransmisor con el cual interacciona. Frecuentemente el axón de una neurona emisora transcurre a lo largo de una neurona receptora y establece varios contactos sinápticos llamados boutons en passant (botones de paso). El axón continúa su camino hasta ramificarse en una estructura conocida como teledendron cuyos extremos dilatados reciben el nombre de botones o bulbos terminales. Existen dos clases de sinapsis química: la sinapsis asimétrica o Gray tipo I, la cual se caracteriza por la diferencia en densidad de las membranas presináptica y postsináptica, siendo más gruesa la última. Esta densidad consiste de un material proteico que puede estar asociado al receptor postsináptico; la sinapsis simétrica o Gray tipo II se caracteriza porque las membranas presináptica y postsináptica poseen un grosor semejante.

Transmisión sináptica La neurotransmisión sináptica se puede dividir en las siguientes fases. Síntesis y almacenamiento. La síntesis de los neurotransmisores de pequeña molécula que están involucrados en la transmisión sináptica rápida son sintetizados y reciclados in situ en la terminal del axón, sin embargo, las enzimas responsables de su síntesis son transportadas hasta la terminal desde el soma, a través del transporte axonal lento. Los neuropéptidos, por otra parte, son sintetizados en el soma y se almacenan en vesículas densas que se forman en el aparato de Golgi y después son transportadas a la terminal presináptica a través de transporte axonal rápido. Después de su almacenamiento en vesículas, éstas permanecen en las zonas activas, hasta que un estímulo inicie su liberación. Liberación. Al llegar el potencial de acción a la terminal presináptica la inversión de voltaje a través de la

Capítulo 5

membrana (despolarización) induce la apertura de los canales de Ca2+ sensibles a voltaje. La entrada de Ca2+ desde el espacio extracelular provoca la migración de las vesículas sinápticas hacia la membrana presináptica y su fusión con ella, lo que produce liberación del neurotransmisor hacia la hendidura sináptica por exocitosis. Unión y transducción químico-eléctrica. Proceso en el que los neurotransmisores se unen a los receptores específicos que se localizan en la membrana postsináptica. Esto produce un cambio bioquímico-eléctrico, lo cual determina que se abran canales de Na+ activados por ligando en esta membrana y permite la entrada de Na+ en la neurona, lo cual produce una despolarización local de la membrana postsináptica. Si esta señal es adecuada puede causar apertura de canales de Na+ activados por voltaje con lo que se generará un impulso nervioso. La generación de un nuevo potencial de acción por parte de la neurona postsináptica dependerá de la sumación (espacial y temporal) de los diferentes estímulos (inhibitorios y excitatorios) recibidos en todos sus contactos sinápticos. Recaptura y catabolismo. Resulta de vital importancia para la función sináptica normal que, una vez que el neurotransmisor se ha unido a su receptor y ha desencadenado la señalización correspondiente, existan procesos que terminen o eviten que su efecto continúe o se perpetúe de forma excesiva o anormal. Estos procesos pueden ser: 1) la recaptura del neurotransmisor por parte de la neurona presináptica que lo liberó u otras células como el astrocito, lo cual favorece el reciclado rápido del mismo. 2) La degradación enzimática, proceso que permite también el reciclado de los precursores de síntesis de los transmisores (p. ej., la acetilcolinesterasa, que degrada a la acetilcolina). 3) La difusión es un proceso inespecífico, mismo que implica que el transmisor difunda libremente lejos de sus sitios receptores en la sinapsis. 4) La endocitosis del complejo neurotransmisor-receptor, lo cual además evita que el receptor pueda ser activado nuevamente.

■ Tejidos

137

Tipos de respuestas sinápticas En la sinapsis excitadora los neurotransmisores producen la apertura de canales de Na+, esto ocasiona un potencial de acción en la neurona postsináptica y genera un impulso nervioso. Entre los neurotransmisores excitadores comúnmente se encuentran acetilcolina, glutamato y serotonina entre otros. Sinapsis inhibidoras. En este tipo de sinapsis al unirse el neurotransmisor con el receptor se produce una apertura de canales de Cl– en la célula, lo cual produce una hiperpolarización de la membrana postsináptica por lo que es más dif ícil generar un potencial de acción. El neurotransmisor clásico de este tipo de sinapsis es el ácido gammaaminobutírico (GABA). Neurotransmisores. Los neurotransmisores son el producto de síntesis específica por parte de la neurona; se localizan en la porción presináptica, la liberación es dependiente de calcio y se unen a receptores específicos. Se han clasificado en neurotransmisores de pequeña molécula y neuropéptidos. De forma general, los neurotransmisores de pequeña molécula se encuentran involucrados en la neurotransmisión rápida de las neuronas, mientras que los transmisores peptídicos están asociados con la modulación a largo plazo de las sinapsis. Se tiene la costumbre de calificar a los distintos neurotransmisores como excitadores o inhibidores, sin embargo, es importante aclarar que esta propiedad no es intrínseca a la estructura o naturaleza de ningún neurotransmisor, en realidad, lo que determina el sentido final de la señalización es el tipo de receptor al que se une al neurotransmisor, de tal manera que un mismo transmisor puede provocar una respuesta excitadora en una neurona y una inhibidora en otra distinta. De acuerdo con su composición química los neurotransmisores se han clasificado en: acetilcolina, aminas biogénicas, aminoácidos y neuropéptidos (cuadro 5-9).

Cuadro 5-9 Neurotransmisores en el sistema nervioso central

Neurotransmisor

Precursor de síntesis

Localización anatómica

Funciones generales

Receptores

Correlaciones farmacológicas

Molécula pequeña Acetilcolina (ACh)

Acetil CoA + Colina

SNC: Núcleo basal de Meynert: fibras de proyección al tálamo, la formación reticular, los núcleos cerebelosos, vestibulares y núcleos de varios nervios craneales (p. ej., vago) SNP: placa neuromuscular, todas las sinapsis parasimpáticas, fibras simpáticas preganglionares

Nicotínicos (musculares y neuronales). Muscarínicos (M1-M5)

SNC: Memoria, atención, alerta, etc. SNP: Funciones autonómicas, movimiento de todos los tipos de fibras musculares

Los inhibidores de la acetilcolinesterasa (enzima que degrada la ACh) se usan en el tratamiento sintomático de la enfermedad de Alzheimer (galantamina, donepezilo, rivastigmina). Los antagonistas competitivos de los receptores nicotínicos musculares se usan como relajantes musculares en anestesia general (vecuronio, pancuronio, atracurio, etc.) (Continúa)

138

Histología y biología celular

Cuadro 5-9 Neurotransmisores en el sistema nervioso central (Continuación)

Neurotransmisor

Precursor de síntesis

Localización anatómica

Receptores

Funciones generales

Correlaciones farmacológicas

Aminas Serotonina (5HT)

L-Triptófano

SNC: Núcleos del rafe dorsal que proyectan a través de dos sistemas de fibras D y M hacia: neocorteza, los núcleos caudado, putamen, tálamo, amígdala, hipocampo, bulbo olfatorio, cerebelo y médula espinal

5HT 1-7

Funciones motoras, memoria, alerta, sueño, estados emocionales, funciones autonómicas, conducta alimentaria, etc.

Los inhibidores de la recaptura de serotonina se utilizan en el manejo de la depresión y trastornos de ansiedad (serotonina, citalopram, fluoxetina, paroxetina, etc.). Los agonistas 5HT1b/1d se utilizan en el manejo agudo de la migraña (sumatriptán, eletriptán, zolmitriptán)

Histamina

L-Histidina

SNC: Núcleo tuberomamilar del hipotálamo, proyecciones a todo el encéfalo, predominando en hipotálamo, núcleos septales y área tegmentaria ventral

H1, H2, H3 y H4

Atención, alerta, sueño-vigilia, memoria, aprendizaje, funciones neuroendocrinas, conductas alimentarias y analgésicas

Los antagonistas H1 han sido utilizados como hipnóticos de venta libre (difenhidramina), en la prevención y manejo del vértigo y mareo por movimiento (meclizina) e incluso como inductores del apetito (ciproheptadina)

Dopamina

Tirosina

Sustancia negra del mesencéfalo; emite proyecciones hacia los núcleos de la base, sistema límbico y corteza cerebral. Además en el infundíbulo del hipotálamo

D1, D2, D3, D4 y D5

Regulación de la función motora voluntaria, circuitos de recompensa, conductas adictivas y atención

Los agonistas dopaminérgicos se utilizan en tratamiento sintomático de la enfermedad de Parkinson (pramipexol, ropinirol, apomorfina, etc.). Los antagonistas dopaminérgicos se utilizan en el manejo de esquizofrenia y otros trastornos psicóticos (haloperidol, risperidona, olanzapina, clozapina, etc.)

Adrenalina y noradrenalina

Tirosina

Núcleos de la formación reticular bulbar-pontina, locus coeruleus, médula espinal

α y β adrenérgicos

Regulación de la presión arterial, ingesta de agua y alimento, estado de alerta y atención, regulación de la temperatura y función endocrina

Los antagonistas β y α adrenérgicos se utilizan en el manejo de la hipertensión arterial, y éstos pueden actuar a nivel periférico (simpático) a nivel ganglionar o a nivel del SNC (metoprolol, propranolol, prazosina, trimetafán, clonidina, α-metildopa) Los agonistas α-adrenérgicos se utilizan como midriáticos, vasopresores y descongestivos nasales (fenilefrina, nafazolina). Los agonistas β adrenérgicos se utilizan como broncodilatadores (salbutamol, terbutalina, clembuterol)

La fenilciclidina (polvo de ángel) es una droga alucinógena que funciona como antagonista no competitivo de los receptores glutamatérgicos de tipo NMDA

Aminoácidos Glutamato

α-Cetoglutarato y glutamina

Todo el SNC (principal neurotransmisor excitatorio) 90% de las neuronas

Ionotrópicos: NMDA, AMPA y kainato. Metabotrópicos: GluR1GluR5

Procesos sensitivos y sensoriales, aprendizaje y memoria, emoción, coordinación motora, cognición

Aspartato

Oxaloacetato

Cerebelo, retina, ¿corteza cerebral?

NMDA

Excitador, ¿funciones? (Continúa)

Capítulo 5

■ Tejidos

139

Cuadro 5-9 Neurotransmisores en el sistema nervioso central (Continuación)

Neurotransmisor

Precursor de síntesis

Glicina

GABA (ácido gammaaminobutírico)

Funciones generales

Localización anatómica

Receptores

Correlaciones farmacológicas

Serina

Interneuronas inhibitorias del SNC principalmente tallo cerebral y médula espinal. Funciona como coagonista (excitador) del receptor NMDA (receptor glicina B)

Glicina A (sensible a estricnina). Pueden ser agonistas de este receptor: alanina, prolina, taurina y serina. Glicina B (insensible a estricnina)

Inhibitorias en médula espinal y tallo cerebral. Reflejos espinales, conductas automáticas. Como co-agonista del NMDA participa en los mismos procesos que el glutamato

La estricnina es un alcaloide tóxico que es antagonista de los receptores glicina A, su administración produce descargas epilépticas y espasmos musculares graves que pueden ser mortales

α-Cetoglutarato, ácido glutámico

Todo el SNC (encéfalo) es el principal neurotransmisor inhibitorio; predomina en corteza frontal, corteza límbica, núcleos de la base y cerebelo

GABAA GABAB

Funciones inhibitorias de las interneuronas del cerebelo, corteza y núcleos de la base Regulación de la conducta motora, emocional y cognición

Agonistas GABAérgicos son utilizados como: antiepilépticos, ansiolíticos, hipnóticos, anestésicos y relajantes musculares (fenobarbital, clonacepam, alprazolam, propofol, flunitracepam, tetracepam, etc.)

Otros Purinas (ATP, UTP y adenosina)

Purinas (adenina, guanina, hipoxantina. Pirimidinas [citosina, uracilo, timina. + una pentosa (D-ribosa)]

Distribuido en todo el SNC y SNP, principalmente corteza cerebral, hipocampo, núcleos de la base, médula espinal, tallo cerebral e hipotálamo

P1 (A1, A2A, A2B, A3) P2 (P2x y P2y)

Participan tanto en la neurotransmisión rápida como a largo plazo. Aprendizaje y memoria, vigilia y sueño, actividad motora, conducta alimentaria y estados emocionales

La cafeína es un análogo estructural de la adenosina que funciona como un antagonista competitivo de los receptores purinérgicos, este mecanismo media algunos de sus efectos estimulantes en el SNC. Antagonistas de los receptores A2A se están utilizando en la enfermedad de Parkinson (preladenant)

Óxido nítrico

L-Arginina + Oxígeno

Está distribuido en todo el SN tanto central como periférico, sin embargo, sólo algunos tipos neuronales de cada región lo producen

Carece de receptores membranales, modifica la actividad de distintas enzimas intracelulares uniéndose covalentemente a ellas, por ejemplo, guanilato ciclasa Median la acción de los receptores NMDA

Aprendizaje y memoria, funciones autonómicas, sistema nervioso entérico. Puede funcionar como radical libre tóxico para las neuronas

Los inhibidores de la sintasa de óxido nítrico han demostrado propiedades neuroprotectoras en diversos modelos experimentales. Algunos donadores de óxido nítrico se están probando como alternativas a los antiinflamatorios ya que carecen de efectos adversos gastrointestinales (Naproxcinod)

140

Histología y biología celular

Acetilcolina. Fue el primer neurotransmisor identificado, formado por un éster de ácido acético y colina, se encuentra ampliamente distribuida en el SNC. Es un neurotransmisor específico en las sinapsis del sistema nervioso somático y en las sinapsis ganglionares del sistema nervioso autónomo. Tiene un papel excitatorio en la placa neuromuscular e inhibitorio sobre la membrana de las fibras musculares cardiacas. Aminas biógenas. La característica diferencial es la presencia de un grupo amino (—NH2) y forman dos grupos: las catecolaminas derivadas de la fenilalanina y que contienen en su estructura un grupo catecol como la dopamina, noradrenalina y adrenalina; y las indolaminas, que se derivan del triptófano, contienen un grupo indol y pertenece a este grupo la serotonina. Aminoácidos. Son neuroactivos, como el GABA, la glicina, la taurina así como los aminoácidos ácidos; ácido glutámico, ácido aspártico e histamina. Los tres primeros tienen un efecto inhibitorio mientras que los dos últimos son claramente excitatorios. No todas las sustancias neuroactivas han sido consideradas como neurotransmisores, denominándose a veces como moduladores o neurotransmisores putativos. Neuropéptidos. Los neuropéptidos son un grupo muy heterogéneo de péptidos con propiedades tanto inhibitorias como excitatorias en el SN. Hay varias formas de agrupar o clasificar los neuropéptidos, ya sea de acuerdo con su sitio de origen, su estructura o su función (cuadro 5-10).

Neuroglia La glia está constituida por células que forman parte del SNC y SNP, por cada neurona hay entre 10 a 50 células de

neuroglia (gr. glia, “pegamento”) y sus funciones son mielinización en el SNC y SNP, protección, sostén, además forman parte de la barrera hematoencefálica, regulan las concentraciones de iones en el microambiente intercelular, revestimiento, producen líquido cefalorraquídeo, mantenimiento del medio iónico de las neuronas, modulación de la velocidad de propagación de la señal, modulación de la sinapsis al captar parte de los neurotransmisores y recuperación de las lesiones nerviosas. Las células de neuroglia son: astrocitos, oligodendroglia, células de Schwann, microglia, células ependimarias y células satélite.

Astrocitos Los astrocitos son las células más grandes de la neuroglia, de forma estrellada (gr. astron, “estrella”) en las que su cuerpo celular da lugar a numerosas prolongaciones citoplásmicas de longitud y grosor variable, que pueden formar expansiones laminares que se adhieren a la membrana basal de los vasos sanguíneos formando los llamados pies perivasculares, otras sobre el cuerpo o las dendritas de las neuronas y todavía otras prolongaciones astrocíticas que se extienden hacia la superficie del sistema nervioso central forman expansiones que constituyen la membrana piaglial superficial por debajo de la piamadre. En el citoplasma los astrocitos contienen ribosomas libres, glucógeno, mitocondrias y gliofilamentos constituidos de filamentos intermedios específicos formados por la proteína ácida fibrilar GFAP (figura 5-85). Se han identificado dos tipos de astroglia (figura 5-86): Astrocitos fibrosos. Son los que se asocian de preferencia a las fibras nerviosas de la sustancia blanca y pre-

Cuadro 5-10 Clasificación de neuropéptidos

Familia Hormonas liberadoras hipotalámicas

Neuropéptido Hormona liberadora de tirotropina y de corticotropina Hormona liberadora de gonadotropinas, somatostatina Hormona liberadora de hormona del crecimiento

Hormonas neurohipofisarias Péptidos hipofisarios

Vasopresina, oxitocina Corticotropina, β-endorfina, hormona estimulante de los melanocitos α Prolactina Hormona luteinizante Hormona del crecimiento Tirotropina

Péptidos gastrointestinales

Polipéptido intestinal vasoactivo (VIP), colecistocinina, gastrina Sustancia P, neurotensina, metionina-encefalina, leucina-encefalina Insulina, glucagon, bombesina, secretina, motilina

Corazón

Péptido natriurético atrial

Otros

Angiotensina II, bradicinina, calcitonina, neuropéptido Y, galanina, sustancia K, neuropéptido Y

Capítulo 5

■ Tejidos

141

sentan pocas, finas, largas y rectas prolongaciones sin ramificar, dándole a la célula su aspecto típico de estrella en las impregnaciones argénticas (figura 5-86, B).

Astrocitos protoplasmáticos. Poseen núcleo oval y vesicular, que se concentran de preferencia en la sustancia gris, asociados a los pericariones, dendritas, terminaciones axónicas y sus prolongaciones son más cortas, gruesas y ramificadas que los astrocitos fibrosos (figura 5-86, A). Los astrocitos tienen diversas funciones en el SNC: a) regulan iones y residuos del metabolismo energético que se acumula en el microambiente neuronal, como los iones K+, glutamato y GABA, b) facilitan metabolitos para la actividad neuronal, c) modulan la composición y concentración de moléculas, como neurotransmisores y iones en el espacio extracelular, d) suministran energía en forma de glucosa que entra en el SNC a través de los astrocitos siendo empleados por la neurona, f) los pies vasculares intervienen en el metabolismo neuronal, de forma tal que los productos tóxicos, medicamentos o nutrientes que se encuentran en la sangre, antes de llegar a la neurona son metabolizados por los astrocitos que forman parte de la barrera hematoencefálica, g) en los procesos de lesión o traumatismo, los astrocitos se activan (astrogliosis) y se acumulan para formar tejido de cicatrización, h) participan como sostén y guía en la migración de neuroblastos,

A

C

B

D

Figura 5-85. Fotomicrografía de astrocitos fibrosos (↑) de sustancia blanca, con abundantes prolongaciones citoplásmicas; inmunotinción GFAP.

Figura 5-86. Fotomicrografía de: A) astrocito protoplásmico, B) astrocito fibroso, C) oligodendrocito, D) microglia. Técnica de Golgi.

142

Histología y biología celular

en la neurogénesis, en el desarrollo embrionario y en el adulto.

Oligodendrocitos Son células gliales que participan en el proceso de mielinización de los axones en el SNC, son más pequeños y con menos prolongaciones que la astroglia (figura 5-86, C). Su núcleo pequeño y esférico, con abundante heterocromatina y su citoplasma contiene RER abundante, polirribosomas libres, aparato de Golgi desarrollado y un alto contenido en microtúbulos, tanto en el citoplasma que rodea al núcleo como en sus prolongaciones. Hay tres tipos de oligodendrocitos: Los oligodendrocitos satélite están estrechamente en contacto con el pericarion de las neuronas o a las dendritas en la sustancia gris. Los oligodendrocitos interfasciculares están asociados a los axones en la sustancia blanca del SNC y su principal función es la formación de la mielina. En el proceso de mielinización el oligodendrocito puede formar mielina en diversos segmentos de diferentes axones (figura 5-87). Los oligodendrocitos perivasculares se encuentran adyacentes a vasos sanguíneos.

Células de Schwann Las células de Schwann (descritas por el fisiólogo alemán Theodor Schwann) se originan de las crestas neurales y

Nodo de Ranvier Axón

Mielina

Núcleo

50 μm

Figura 5-88. Fotomicrografía de un corte longitudinal de nervio periférico. Se observan los axones, un nodo de Ranvier (flecha) y los núcleos corresponden a las células de Schwann y fibroblastos del endoneuro. Tinción H-E.

acompañan a los axones durante su crecimiento, formando la vaina que cubre un segmento de un axón de forma individual de las fibras del SNP desde su segmento inicial hasta sus terminaciones. La célula de Schwann posee un núcleo alargado y aplanado, aparato de Golgi pequeño y pocas mitocondrias. El resto del citoplasma de la célula de Schwann con el núcleo, queda rodeado de la vaina de mielina y se le denomina neurilema o vaina de Schwann. La microscopía electrónica ha revelado que la mielina es el plasmalema de las células de Schwann organizada de forma concéntrica alrededor del axón. En la vaina de mielina se encuentran interrupciones a intervalos regulares a toda la longitud del axón, que se denominan nodos de Ranvier (figura 5-88), sitios donde queda expuesto el axón. La porción externa de las células de Schwann está cubierta por una lámina basal. Los segmentos mielinizados entre dos nodos se denominan segmentos internodales y su longitud varía entre 200 y 1 000 micras. Una célula de Schwann puede mielinizar sólo un internodo de un solo axón a diferencia del oligodendrocito que puede mielinizar varios internodos de distintos axones. Aunque una célula de Schwann sólo puede mielinizar un segmento de un axón, varios axones amielínicos pueden estar envueltos por una sola célula de Schwann.

Mielinización Figura 5-87. Representación esquemática de oligodendrocitos mielinizando diversos segmentos de diferentes axones del sistema nervioso central. El cuerpo celular del oligodendrocito emite varias prolongaciones, cada una de las cuales forma un internodo en el axón. Modificada de Bunge, MR, 1961.

En el SNC las fibras mielínicas de cada segmento de mielina está formado por una prolongación citoplásmica del oligodendrocito que se dirige hacia el axón y da varias vueltas alrededor del mismo, enrollándolo con una vaina formada por capas yuxtapuestas de la membrana celular

Capítulo 5

Núcleo

Célula de Schwann

Mesoaxón interno

Mielina Mesoaxón externo

Figura 5-89. Proceso de mielinización axonal en el sistema nervioso periférico. El axón es envuelto por la célula de Schwann y se enrolla alrededor del axón de forma concéntrica formando múltiples capas de mielina.

—la vaina de mielina—. Las fibras amielínicas no presentan mielina, en el SNC consisten en axones rodeados por membrana de los oligodendrocitos. En el SNP, la mielina está compuesta por capas de membranas de la célula de Schwann, las cuales se disponen así durante el proceso de mielinización, el cual comienza con la invaginación de un axón superficie de la célula de

■ Tejidos

143

Schwann, de manera que el axolema se adosa estrechamente a la membrana plasmática de la célula de Schwann por una parte, y las membranas de la célula de Schwann alrededor del axón que se enfrentan en un pliegue doble llamado mesaxón interno. Después se produce un crecimiento en espiral del citoplasma de la célula de Schwann que se traduce en un crecimiento del mesaxón en forma tal que se enfrentan las membranas plasmáticas de la célula de Schwann por sus caras extracelulares y por sus caras intracelulares (figura 5-89). La envoltura puede proseguir por más de 50 vueltas. Conforme la membrana se enrolla alrededor del axón, produce una serie de líneas densas amplias alternantes con líneas menos densas y más estrechas a intervalos de 12 nm, que corresponden a espacios interperiódicos. Se considera que estos espacios ofrecen acceso a las pequeñas moléculas para que lleguen al axón. La mielina es rica en proteínas y lípidos derivados de la membrana celular porque en el proceso de mielinización el citoplasma de la célula de Schwann es desplazado de entre las capas de membrana plasmática. Estas vainas de mielina presentan hendiduras oblicuas en forma de cono llamadas hendiduras de Schmidt-Lanterman que corresponden al citoplasma de la célula de Schwann atrapado en las láminas de mielina (figura 5-90).

Microglia Son los macrófagos del sistema nervioso, su nombre hace referencia a su pequeño tamaño. Presentan un denso núcleo pequeño, alargado y prolongaciones largas y ramificadas (figura 5-86, D). Su citoplasma es escaso, contienen lisosomas, cuerpos residuales y prolongaciones cortas e irregulares. Se encuentran distribuidos en mayor número en la sustancia gris. Su origen es en la médula ósea y funcionan como fagocitos para eliminar los desechos. Cuando existe

Célula de Schwann

Mielina compacta

Axón Mielina compacta

Figura 5-90. Formación de las vainas de mielina en el sistema nervioso periférico, donde se observa la formación de las incisuras de Schmidt-Lanterman.

Incisuras de Schmidt-Lanterman

Axón

Citoplasma celular de Schwann

Espacio extracelular

144

Histología y biología celular

un daño en el SNC la microglia se puede transformar en microglia reactiva con fagocitosis activa y actúan como células presentadoras de antígeno, presentan el antígeno común leucocítico y el antígeno de histocompatibilidad clase II, propio de las células presentadoras de antígeno.

Células ependimarias Forman un tipo de epitelio cúbico o cilíndrico simple. Son células con cilios y microvellosidades, núcleo esférico, su citoplasma contiene abundantes mitocondrias y haces de filamentos intermedios. Forman parte de los plexos coroideos y revisten los ventrículos cerebrales (figura 5-91) y al conducto del epéndimo que recorre la médula espinal. Producen el líquido cefalorraquídeo y los cilios de las células ependimarias permiten la circulación de dicho líquido. Se unen entre sí por complejos de unión similares a los epiteliales pero carecen de zona de oclusión, de modo que el líquido cefalorraquídeo se comunica con los espacios intercelulares existentes entre las células nerviosas y la glia. Presentan, además, largas prolongaciones en su zona basal que se asocian a las prolongaciones de la astroglia. En la base del tercer ventrículo se encuentran células ependimarias especializadas llamadas tanicitos ependimarios que envían prolongaciones hacia las neuronas neurosecretoras y los vasos sanguíneos del hipotálamo; se ha sugerido que los tanicitos transportan líquido cefaloraquídeo (LCR) hacia las neuronas del diencéfalo.

Células satélite  Son células cúbicas pequeñas de sostén que rodean a los somas de las neuronas seudounipolares, los ganglios raquídeos y simpáticos. Están rodeadas por lámina basal y separan a las células nerviosas del estroma fibrocolagenoso presente en el tejido del SNP. En los ganglios paraverte-

e

a

brales y periféricos las dendritas y los axones se introducen entre las células satélite para establecer sinapsis. La función de estas células es de sostén y contribuyen a mantener así como regular el microambiente alrededor de las neuronas ganglionares.

Sistema nervioso periférico El sistema nervioso periférico (SNP) está formado por nervios y neuronas que se encuentran fuera del SNC. Los nervios periféricos espinales y craneanos conducen impulsos desde el SNC hacia los diversos órganos (nervios eferentes) y los nervios aferentes proyectan de la periferia al SNC.

Nervios periféricos Los nervios periféricos son grupos de axones de neuronas que se proyectan desde el SNC o desde ganglios (grupo de neuronas localizadas fuera del SNC). El diámetro y longitud es variable, siendo los nervios motores los más largos y de mayor calibre. Los nervios periféricos se encargan de transmitir el impulso desde el soma hasta los órganos efectores como músculos y glándulas. Los nervios periféricos están formados por fibras nerviosas. Una fibra nerviosa corresponde a un axón mielinizado o amielínico. Los nervios están formados por un conjunto de fibras nerviosas con sus correspondientes células de Schwann rodeadas por tejido conjuntivo organizado en tres componentes: Endoneuro es el tejido conjuntivo laxo que rodea una fibra nerviosa (axón), formando una capa delgada de fibras reticulares, fibroblastos, macrófagos, capilares y células cebadas perivasculares. Perineuro es el tejido conjuntivo denso que rodea cada fascículo de fibras nerviosas, está compuesto por fibras elásticas y de colágeno, así como de varias capas de fibroblastos aplanados y unidos en sus bordes por uniones estrechas, formando una capa que funciona como barrera semipermeable. Epineuro es la cubierta externa del nervio que rodea y une los fascículos en un tronco nervioso. Es una capa fuerte y gruesa formada por tejido conjuntivo denso típico, formado principalmente por fibras de colágeno dispuestas de forma longitudinal, también presentan fibras elásticas, fibroblastos, mastocitos y adipocitos (figura 5-92).

Ganglios

Figura 5-91. Fotomicrografía del epitelio del ventrículo lateral formado de células ependimarias cúbicas ciliadas. Se observan astrocitos marcados con GFAP en la porción subependimal. Abreviaturas: a, astrocito; e, epitelio.

Los ganglios son grupos de cuerpos neuronales con axones aferentes, eferentes que se encuentran en el SNP. Su tamaño varía desde los grandes como los ganglios craneoespinales con más de 50 000 neuronas, hasta los más pequeños como algunos ganglios autónomos que contienen pocos cuerpos neuronales. Los ganglios están compuestos por: cuerpos neuronales, células de Schwann, satélite, axones y tejido conjuntivo de sostén.

Capítulo 5

■ Tejidos

145

ciadas (que los ganglios sensitivos), separadas por numerosos axones y dendritas (figura 5-94), las cuales causan contracción del músculo liso, cardiaco o secreción glandular. Los ganglios autónomos del sistema nervioso autónomo simpático se disponen en dos cadenas paralelas a la médula espinal, son gruesas y poseen cápsula de tejido conjuntivo. Los ganglios autónomos del sistema nervioso autónomo parasimpático son de menor tamaño, no son capsulados y se localizan en las paredes de las vísceras (plexos de Meissner y Auerbach). Desde el punto de vista funcional, el sistema nervioso se clasifica en somático y autónomo. El sistema nervioso somático provee inervación motora a los músculos esqueléticos. El sistema nervioso autónomo o visceral controla las actividades de músculos lisos y glándulas endocrinas, exocrinas y vasos sanguíneos.

P

100 μm

Figura 5-92. Corte transversal de nervio donde se observan tres fascículos con fibras nerviosas teñidas de negro con tetraóxido de osmio. También es evidente el perineurio (P) rodeando cada fascículo.

Los cuerpos neuronales son grandes, con abundante citoplasma que contienen corpúsculos de Nissl, núcleos esféricos con prominentes nucleolos. Las células satélite forman una capa rodeando a los cuerpos neuronales para darles sostén estructural y metabólico. Los axones son aferentes y eferentes, y están rodeados por células de Schwann. Alrededor de los ganglios hay una cápsula de tejido conjuntivo que puede ser muy densa y se continúa con una red de fibras de colágeno y reticulares que proyectan al interior del ganglio. Los ganglios se clasifican en: 1) ganglios sensitivos del grupo craneoespinal y 2) ganglios autónomos motores viscerales.

Sistema nervioso central El SNC funciona como centro integrador y de comunicación que recibe los estímulos que se originan en el exterior del cuerpo, de los órganos internos y de articulaciones, músculos y tendones. El SNC está formado de sustancia blanca y gris sin elementos de tejido conjuntivo intermedios; por consiguiente, el SNC tiene la consistencia de un gel semiduro. La sustancia gris contiene somas neuronales, axones, dendritas y células de la neuroglia como astrocitos protoplásmicos, microglia y es el sitio donde se realizan las sinapsis y la sustancia blanca que contiene sólo axones de neuronas, células gliales como los oligodendrocitos, astrocitos fibrosos y vasos sanguíneos asociados.

Ganglios sensitivos Los ganglios sensitivos están ubicados en las raíces dorsales de los nervios espinales, por lo que se denominan ganglios de la raíz dorsal y se relacionan con los nervios craneanos V, VII, VIII, IX y X. Estas neuronas son sensitivas primarias de forma seudounipolar (figura 5-93), tienen una sola prolongación que se bifurca desde la periferia hacia el soma neuronal y un segmento centrífugo que lleva a la información desde el soma neuronal hacia la sustancia gris de la médula espinal.

Ganglios autónomos Los ganglios autónomos son más pequeños que los sensitivos, poseen menor número de neuronas. Estos ganglios pertenecen al sistema nervioso autónomo y contienen neuronas motoras multipolares, por lo que están más espa-

Figura 5-93. Fotomicrografía de un ganglio sensitivo teñido con H-E. La flecha indica el soma de una neurona seudounipolar con núcleo estérico y prominente nucleolo, está rodeada por células satélite.

146

Histología y biología celular

I

II

III

IV

V

P

Figura 5-94. Fotomicrografía de un ganglio simpático teñida con la técnica de Masson, se observan las neuronas que son multipolares (flecha negra), rodeadas de células satélite (flecha verde).

El cerebro consta de dos hemisferios cerebrales que están unidos por una masa de sustancia blanca denominada cuerpo calloso. La capa superficial de cada hemisferio está compuesta por sustancia gris localizada en la periferia y constituye la corteza cerebral y forma los ganglios o núcleos basales, mientras que la sustancia blanca se encuentra en un nivel más profundo respecto a la corteza y rodea los núcleos basales.

Corteza cerebral Ésta es una extensa capa de sustancia gris de los hemisferios cerebrales y presenta muchos surcos y circunvoluciones. El espesor varía de 4.5 mm en la circunvolución frontal hasta 1.5 mm en la profundidad de la cisura calcarina. Presenta diversas poblaciones neuronales organizadas en seis capas horizontales (figura 5-95) contadas desde la superficie pial hasta la sustancia blanca. Capa I: Molecular o plexiforme. Es una capa más superficial, además se encuentra formada por fibras tangenciales, dendritas apicales de las neuronas piramidales, neuronas horizontales de Cajal, neuronas tipo Golgi II y células gliales. Capa II: Granular externa. Corresponde a células granulares densamente agrupadas. De manera funcional es una capa de asociación horizontal, es decir, de distribución de la información dentro de la misma capa. Capa III: Piramidal externa. Está constituida por neuronas piramidales de pequeño y mediano tamaños (figura 5-96). Los axones de estas neuronas forman fibras comisurales, por tanto comunican una región equivalente en el hemisferio contralateral. Capa IV: Granular interna. La integran neuronas estrelladas de axón corto y largo. En esta capa se reciben las aferencias corticales provenientes del tálamo.

Figura 5-95. Fotomicrografía de corteza cerebral con poco aumento, por lo que se observa todo el espesor de la corteza y las seis capas que la constituyen. La capa I es la superficial y tiene escaso número de neuronas, las capas II y IV las forman las neuronas granulosas y las capas III y V las forman las células piramidales (P). Técnica de Nissl.

Capa V: Piramidal interna. Constituida por células piramidales grandes y medianas (figura 5-96) cuyas dendritas se orientan hacia la molecular y los axones hacia la sustancia blanca, formando parte de las fibras de proyección, que en la zona motora presenta neuronas piramidales gigantes o células de Betz cuyos axones son parte de los fascículos corticoespinales. Capa VI: Multiforme o polimorfa. Contiene sobre todo células fusiformes cuyos axones forman parte de fibras de proyección. También encontramos células de Martinotti

III

P V

100 μm

Figura 5-96. Fotomicrografía de corteza cerebral, donde se pueden observar las neuronas piramidales (P) de las capas III y V. Técnica de Golgi.

Capítulo 5

■ Tejidos

147

Axón Capa molecular

Purkinje

Capa granulosa 100 μm

Figura 5-97. Fotomicrografía de corteza cerebelosa con sus tres capas: molecular, de Purkinje y granulosa. Técnica Kluver y Barrera.

cuyo axón se orienta hacia la molecular (piramidales invertidas).

Corteza cerebelosa El cerebelo es una estructura ubicada detrás del tallo cerebral y debajo del lóbulo occipital de los hemisferios cerebrales. Su función es coordinar la actividad motora del individuo y controla el mantenimiento de la postura y el equilibrio. En su parte externa está formado por la sustancia gris y en la interna por la sustancia blanca. La corteza cerebelosa presenta tres capas bien definidas (figura 5-97): 1. La capa molecular es la más superficial, está formada por las fibras paralelas, las dendritas de las células de Purkinje, las fibras trepadoras que con ellas hacen sinapsis, las células en canasta o en cesto y escasas células estrelladas grandes. 2. La capa media contiene a las células de Purkinje las cuales son neuronas piriformes con gran arborización dendrítica que proyecta a la capa molecular y sus axones mielinizados a la sustancia blanca (figura 5-98).

Figura 5-98. Fotomicrografía de corteza cerebelosa en la cual se observan neuronas de Purkinje de forma piriforme con las dendritas espinosas muy ramificadas proyectando hacia la capa molecular. Técnica de Golgi.

3. La capa profunda o granulosa contiene las células granulosas pequeñas, las células de Golgi tipo II o de axón corto y los glomérulos que son complejos sinápticos formados por una roseta de fibra musgosa, terminales dendríticas de células granulosas y axones de células de Golgi denominados glomérulos cerebelosos.

Médula espinal La médula espinal se encuentra en el interior de la columna vertebral rodeada por las meninges. Tiene 45 cm de largo y se divide en 31 segmentos y en conexión con cada uno de ellos hay un par de nervios espinales. Cada nervio espinal está unido a su segmento correspondiente de la médula por varias raicillas agrupadas que según su ubicación reciben el nombre de raíces anteriores (ventrales) o raíces posteriores (dorsales). Se caracteriza por presentar la sustancia gris en forma de H localizada en la porción central y la sustancia blanca se localiza en la periferia (figura 5-99).

Meninge

Asta dorsal

Sustancia gris

Figura 5-99. Médula espinal y ganglio espinal. Se observan las meninges cubriendo la médula espinal, la sustancia gris en forma de H con las astas dorsales y ventrales rodeadas por sustancia blanca. Las raíces dorsales proyectan al ganglio espinal. El conducto central está revestido por el epéndimo. Kluver y Barrera. Escala = 1.5 mm.

Ganglio espinal Conducto central Nervio espinal

Sustancia blanca Asta ventral

148

Histología y biología celular

En un corte transversal se encuentra el septo medio anterior y posterior que divide a la médula en derecha e izquierda. En la parte central de la H con dos astas anteriores y dos posteriores, unida por una banda intermedia, en el centro se encuentra el canal central revestido por células ependimarias. Las barras verticales superiores de la H representan las astas dorsales, las cuales reciben las prolongaciones centrales de las neuronas sensoriales cuyos cuerpos celulares se encuentran en el ganglio de la raíz dorsal. Los cuerpos celulares de las interneuronas también se localizan en las astas dorsales, ahí forman redes de comunicación para la integración entre neuronas sensoriales y motoras. Las barras verticales inferiores de la H representan las astas ventrales, en donde se encuentran los cuerpos celulares de las grandes neuronas motoras basófilas, multipolares eferentes cuyos axones salen de la médula espinal a través de las raíces ventrales (figura 5-100). El axón de una neurona motora abandona la médula espinal, atraviesa la raíz anterior (ventral), se convierte en un componente del nervio espinal de ese segmento y, como tal, se dirige hacia el músculo para establecer la unión neuromuscular.

dre está una capa más gruesa de tejido fibroso, la aracnoides (figura 5-100) cuyo nombre se deriva de la presencia de trabéculas delgadas en forma de telaraña que parten de su superficie interna y se insertan con la piamadre, debido a la continuidad estructural entre ambas, frecuentemente se considera que forman una unidad llamada pia aracnoides o leptomeninge, el espacio entre la piamadre y la aracnoides recibe el nombre de espacio subaracnoideo, que contiene líquido cefalorraquídeo. En algunas zonas, la aracnoides penetra la duramadre en forma de vellosidades aracnoideas (figura 5-100) que se sitúan dentro de los senos venosos de la duramadre, cuya función es el drenaje de líquido cefalorraquídeo hacia estos senos. Por fuera de la aracnoides está la duramadre que es la capa externa y más gruesa de tejido conjuntivo denso que presenta dos capas: la interna o capa fibrosa es menos vascular y su superficie interna está cubierta por una capa de células aplanadas de origen mesodérmico. La duramadre está adosada a la aracnoides y se forma un espacio potencial, el espacio subdural. La externa o capa endóstica se adhiere a los huesos del cráneo, contiene un plexo vascular más o menos abundante y funciona como el periostio del cráneo.

Meninges

Plexos coroideos

El SNC está cubierto de tres capas de tejido conjuntivo llamadas meninges (figura 5-100), que tienen la función de proteger como nutrir al encéfalo y a la médula espinal. La superficie del tejido nervioso está cubierta por la piamadre, una delicada capa de tejido conjuntivo que recubre el encéfalo y la médula espinal. La capa interna o profunda es una red de fibras reticulares y elásticas finas que se adhieren al tejido nervioso, aunque está separada de él por una capa de prolongaciones de astrocitos. Sobre la piama-

Los plexos coroideos están localizados en los ventrículos laterales, tercer y cuarto ventrículos, y están formados por capilares fenestrados enrollados, revestidos por tejido conjuntivo laxo y recubiertos por epitelio cúbico simple de células ependimarias que contienen numerosas mitocondrias y microvellosidades (figura 5-101), responsables de sintetizar el LCR.

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Figura 5-100. Dibujo esquemático de las meninges, espacio subaracnoideo y senos venosos durales. 1) Duramadre hoja perióstica; 2) duramadre hoja meníngea; 3) seno venoso dural (sagital superior); 4) vellosidad aracnoidea; 5) aracnoides; 6) espacio subaracnoideo; 7) piamadre; 8) cráneo.

Líquido cefalorraquídeo y sistema ventricular El LCR es un ultrafiltrado del plasma sanguíneo que es producido por los plexos coroideos, sin embargo, una pequeña cantidad de LCR también puede ser producida por las células ependimarias. Los plexos coroideos se encuentran en el interior de unas cavidades llenas de LCR que presenta el encéfalo denominadas ventrículos. El sistema ventricular está compuesto por el III y IV ventrículos laterales. En cada ventrículo se encuentra un plexo coroideo y normalmente el LCR se produce a un ritmo de 0.35 ml/ min; se estima que en total se encuentran circulando entre 140-150 ml de LCR en una persona adulta, de los cuales sólo 30 ml se encuentran en el espacio subaracnoideo y el resto está contenido en los ventrículos. La circulación normal del LCR inicia en los ventrículos interconectados para después continuar por el espacio subaracnoideo que rodea a todo el SNC, para finalmente ser reabsorbido por las vellosidades o granulaciones aracnoideas o de Pachioni, que son pequeñas “herniaciones” de la aracnoides dentro de los senos venosos durales que se encuentran principal-

Capítulo 5

C CE

■ Tejidos

149

un sistema especializado de transporte y del tamaño molecular de las sustancias. El tamaño de los poros de la BHE es de aproximadamente 0.5 nm. Adosados a la membrana basal se encuentran los pericitos, que son células fagocíticas contráctiles que desempeñan un papel importante en la presentación de antígenos, así como también participan en la defensa. Los pies de astrocitos participan como barrera física y, además, actúan activamente en mantener las condiciones de equilibrio entre las neuronas y los diversos componentes gliales, debido a que tienen transportadores a diversas moléculas como para la glucosa, aminoácidos, óxido nítrico, etcétera.

Correlación clínica Figura 5-101. Fotomicrografía de plexo coroideo, formado de epitelio cúbico simple de células ependimarias (CE) y capilares (C) con epitelio plano simple.

mente en el seno longitudinal superior a partir de los cuales se reincopora a la circulación venosa del encéfalo. La composición del LCR se asemeja a la del plasma sanguíneo en cuanto a su osmolaridad y contenido de sodio, sin embargo, a diferencia del plasma, el LCR contiene sólo la tercera parte de la glucosa sanguínea y un muy bajo contenido de proteínas y células, así como de otros electrólitos y aminoácidos, lo que hace que su aspecto normal sea el de agua cristalina. Las funciones del LCR pueden agruparse en: 1) soporte y protección; 2) regulación del contenido y presión intracraneal; 3) transporte intracerebral de sustancias con funciones tróficas o endocrinas; 4) eliminación de sustancias producidas dentro del tejido nervioso, y 5) funciones “linfáticas” (debido a que el SNC carece de vasos linfáticos) al transportar antígenos o patógenos para activar respuestas inmunitarias locales o sistémicas.

• La enfermedad de Alzheimer es el trastorno neurodegenerativo más frecuente en el mundo, se caracteriza por pérdida de las sinapsis neuronales, así como muerte neuronal progresiva, que puede llegar a involucrar diversas regiones cerebrales como el hipocampo y la corteza cerebral, produciendo deterioro de memoria (amnesia) en un inicio, hasta la afectación de todas las funciones cerebrales (demencia) en fases más avanzadas. El cerebro de estos pacientes presenta un depósito extracelular anormal de un péptido tóxico denominado β-amiloide (placas neuríticas), y la acumulación excesiva intraneuronal de una proteína

Capilar

Astrocito

Barrera hematoencefálica La barrera hematoencefálica (BHE) es una estructura que protege al tejido nervioso de sustancias o elementos endógenos y exógenos tóxicos, lo que permite mantener la homeostasis de las neuronas y de las células gliales. Está constituida por una capa simple de células endoteliales unidas estrechamente por zonulae occludens formando un epitelio continuo, asociadas a una membrana basal, pericitos y una capa casi continua de astrocitos (figura 5-102). Esta barrera se comporta como una membrana semipermeable que presenta baja permeabilidad a moléculas hidrosolubles y iones, aunque en ella existen sistemas de transporte activo para ciertas sustancias, como aminoácidos y la glucosa. El paso de sustancias a través de la BHE depende de la liposolubilidad de éstas, de la presencia de

Pies de astrocitos Membrana basal

Capilar

Zónula occludens

Célula endotelial

Figura 5-102. Esquema de la barrera hematoencefálica formada por el endotelio continuo, membrana basal, pericito y pies de los astrocitos.

150

Histología y biología celular

asociada a los microtúbulos del citoesqueleto neuronal llamada proteína Tau (marañas neurofibrilares). • La enfermedad de Parkinson es la segunda enfermedad neurodegenerativa más prevalente en el mundo y se origina por la pérdida progresiva e irreversible de un tipo particular de neuronas que producen como neurotransmisor dopamina, en la sustancia negra del mesencéfalo; esta pérdida progresiva de neuronas dopaminérgicas induce trastornos en la regulación del movimiento voluntario que en el paciente se traduce en: rigidez muscular, temblor y lentitud de movimientos (bradicinesia). En esta enfermedad también se observan algunos depósitos neuronales anormales de una proteína llamada α-sinucleína (cuerpos de Lewy). • La esclerosis múltiple (EM), una enfermedad inflamatoria autoinmune que se presenta en los adultos jóvenes, está caracterizada por episodios de exacerbación y remisión de múltiples síntomas y signos neurológicos, provocados por la desmielinización recidivante de la sustancia blanca en el SNC. Por lo general es considerada como una enfermedad de los oligodendrocitos, aunque más bien es una producción anormal de autoanticuepos dirigidos contra di-

versas proteínas componentes de la mielina normal que produce el oligodendrocito en el SNC. • El síndrome de Guillain-Barré podría considerarse la contraparte de la EM pero en el SNP, en esta enfermedad se producen autoanticuerpos contra distintos componentes de la mielina del SNP, produciendo inflamación y desmielinización de los nervios motores periféricos, lo cual se traduce clínicamente como parálisis muscular progresiva de las cuatro extremidades, pudiendo afectar incluso los músculos respiratorios.

Rita Levi-Montalcini nació en Turín Italia en 1909, obtuvo la licenciatura en Medicina doctorándose en Neurocirugía y obtuvo el Premio Nobel de Medicina en 1986 por descubrir el factor de crecimiento nervioso y actualmente sigue activa. En 1962. Joseph Altman demostró que en el giro dentado del hipocampo y en el bulbo olfatorio de mamífero adulto se producían neuronas “nuevas” a partir de células progenitoras neuronales, este fenómeno se conoce como neurogénesis y sucede en el cerebro del ser humano adulto.

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152

Histología y biología celular

Sistema nervioso

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Horizontales 2. Esta prolongación de la neurona recibe las señales de otras neuronas. 4. Célula que forma la mielina en el sistema nervioso central. 6. Debajo de esta meninge circula el líquido cefalorraquídeo. 7. Neurotransmisor inhibitorio. 8. Célula glial que contribuye en la formación de la barrera hematoencefálica. 9. Principal neurotransmisor excitatorio del sistema nervioso. 10. Grupo de somas neuronales en el sistema nervioso periférico. 11. Tipo de neurona que tiene un axón y una dendrita.

Verticales 1. Tipo de sinapsis que no requiere neurotransmisor. 3. Son células gliales con función fagocítica. 5. Es el neurotransmisor que disminuye en la enfermedad de Parkinson. 6. Es el transporte axonal que se dirige del soma al axón.

Capítulo

6

Sangre Adriana E. González Villalva

Introducción

plasma, el cual funciona como amortiguador (buffer) para mantener un pH fisiológico. • Participa en la regulación de la temperatura corporal. Debido al sistema vascular que irriga la piel, al estar tan superficial, la sangre puede ayudar a perder calor o, en el frío, con la vasoconstricción se evita que la sangre entre en contacto con el aire superficial y se conserva el calor.

La sangre tiene la particularidad de ser el único tejido líquido del organismo, en un adulto la cantidad de sangre es de aproximadamente cinco litros. Es un tipo de tejido conjuntivo especializado al cual se le ha concedido gran importancia desde la antigüedad. Todas las células de la sangre tienen su origen en la médula ósea, que es un órgano hematopoyético (hema, “sangre”; poiesis, “formación”). En condiciones fisiológicas, sólo las células maduras son las que se encuentran circulando en la sangre. Las principales funciones de este tejido son las siguientes:

Para estudiar la morfología de los elementos de la sangre se utiliza comúnmente el extendido de sangre o frotis, utilizando tinciones de tipo Romanovsky, las más empleadas son Giemsa y Wright. La sangre se encuentra constituida por dos componentes: el plasma y los elementos formes o células. Si se centrifuga un tubo de sangre con anticoagulante es posible observar la separación de sus componentes, en la parte de abajo, de color rojizo, un 44% está formado por los eritrocitos, el 1% que forma una capa blanca corresponde a los leucocitos y plaquetas, y el 55% que queda en la superficie corresponde al plasma. Si se deja la sangre en un tubo sin anticoagulante, se consumen los factores de coagulación y el líquido restante se conoce como suero, es decir, el plasma ya sin factores de coagulación.

• Transporte de oxígeno y sustancias nutritivas a todo el organismo. La hemoglobina contenida en los eritrocitos es la responsable del transporte de oxígeno, mientras que las sustancias viajan libres o unidas a proteínas del plasma. • Transporte de dióxido de carbono y sustancias de desecho hacia los órganos excretores (pulmón, hígado, riñón). • Transporte de hormonas y sustancias reguladoras. • Contiene a las proteínas y células del sistema inmunológico (leucocitos). La vida de los leucocitos en la sangre es muy corta, de 24 a 48 h por lo general, ya que sólo están de paso, sus funciones las llevan a cabo en los tejidos. • La sangre también se encarga de mantenerse fluida dentro de los vasos sanguíneos (hemostasia) y en caso de rotura de un vaso sanguíneo contiene los elementos necesarios para llevar a cabo la coagulación, que consiste en la formación de un tapón para detener la hemorragia y facilitar los procesos de reparación del vaso dañado. • Participa también en el equilibrio hidroelectrolítico y acidobásico del organismo. Los eritrocitos tienen la capacidad de regular los niveles de bicarbonato en el

Plasma El plasma es la parte líquida de la sangre, se encuentra formado por aproximadamente 90% de agua, 9% de proteínas y 1% de sales, gases disueltos, glucosa, entre otros compuestos. Las proteínas son una parte importante del plasma y en este capítulo se mencionan las más importantes: La albúmina, la proteína más abundante del plasma, es producida por el hígado, cuya función es mantener la presión coloidosmótica del plasma, es decir, mantener el líquido dentro de los vasos sanguíneos. Otra de sus funciones, no menos importante, es el transporte de otras 153

154

Histología y biología celular

sustancias a través del organismo, incluso de medicamentos para su distribución en los diferentes órganos. La disminución en la concentración de albúmina que se da en los pacientes desnutridos o con insuficiencia hepática, tiene como consecuencia la salida de líquido intravascular hacia el espacio intersticial, lo que se conoce como edema. Las globulinas también son proteínas producidas por el hígado, excepto las de tipo γ, que son los anticuerpos, producidos por las células plasmáticas. Las globulinas α y β se encargan sobre todo del transporte de iones metálicos, vitaminas liposolubles y lípidos unidos a proteínas. Los factores de la coagulación son producidos por el hígado y viajan como zimógenos que se activan en forma de cascada cuando se requiere la formación de un coágulo sanguíneo. Las proteínas del complemento son producidas por el hígado y tienen una función en la inmunidad innata, el inicio de la inflamación y destrucción de microorganismos. Las lipoproteínas del plasma sirven para transportar lípidos del hígado a las células y viceversa.

Células Las células de la sangre se clasifican en tres grupos: • Eritrocitos (erytrhos, “rojo”) también llamados glóbulos rojos. • Leucocitos (leukos, “blanco”) también llamados glóbulos blancos. • Plaquetas (thrombos, “grumo”) también conocidas como trombocitos (figura 6-1).

Eritrocitos Son las células más abundantes de la sangre, se encuentran de 3 a 5 millones/mm3. Se tiñen de color rosa a rojo, típicamente con un centro pálido que ocupa un tercio del tamaño del eritrocito en el frotis de sangre debido a su

Monocitos Linfocito

Eritrocito

Macrófago

Neutrófilo

Eosinófilo

Basófilo

Figura 6-1. Se ilustran las principales características morfológicas de las células sanguíneas. También se muestra un macrófago, el cual se diferencia en los tejidos, a partir de los monocitos.

forma de disco bicóncavo. Tienen un diámetro de aproximadamente 7.5 μm, con un espesor de 2.5 μm. No tienen núcleo ni organelos, pero viven alrededor de 120 días en la sangre debido a que tienen enzimas necesarias para realizar glucólisis. Además poseen una enzima, la anhidrasa carbónica, cuya función es importante para el equilibrio acidobásico, ya que facilita la reacción: CO2 + H2O = H2CO3 = HCO3 + H+ Son capaces de transportar HCO3 desde su interior hacia el plasma a través de la proteína banda 3 y, con ello, contribuir como amortiguador para mantener el pH sanguíneo. La proteína más abundante en el citoplasma del eritrocito es la hemoglobina (Hb), la cual está formada por cuatro cadenas polipeptídicas (globinas), cada una con un grupo hemo que contiene hierro, el cual une al oxígeno, es decir, cada molécula de hemoglobina tiene cuatro sitios activos donde se une el oxígeno y, al unirse éste, oxida al hierro el cual es responsable de la coloración rojiza característica de la sangre oxigenada. La Hb es la proteína ideal para el transporte de oxígeno porque en condiciones con altas concentraciones de oxígeno se une con afinidad a éste, pero en condiciones de baja tensión de oxígeno como en los tejidos, donde hay mayor temperatura, un pH ligeramente bajo, disminuye su afinidad por el oxígeno y lo libera hacia los tejidos. Existen diferentes tipos de hemoglobina, dependiendo del tipo de globinas que la forman. En el adulto el 96% es Hb A, formada por 2 cadenas α y 2 β; del 1 al 3% es Hb A2 con dos cadenas α y dos δ; y menos del 1% es Hb F formada por dos cadenas α y dos γ. El eritrocito requiere de una gran flexibilidad para deformarse al pasar por los capilares con un diámetro muy reducido, por lo que su membrana es muy importante para esta función. Las principales proteínas de membrana en el eritrocito son: a) Integrales. • Las glucoforinas son proteínas glucosiladas y su disposición de carbohidratos es la base para la clasificación en grupos sanguíneos A, B y O. • La proteína banda 3 es importante porque es un intercambiador de bicarbonato por cloro, con lo que se contribuye al equilibrio acidobásico del organismo. b) Periféricas. • La espectrina forma una especie de armazón por debajo de la membrana que le permite conservar su forma de disco bicóncavo, de hecho, su deficiencia produce una enfermedad llamada esferocitosis hereditaria en la cual los eritrocitos son esféricos y hay rotura de eritrocitos (hemólisis) por su poca deformabilidad. Como se observa en la figura 6-2, las bandas 4.1 y 4.9 ayudan en el anclaje de este armazón proteico, junto con la acti-

Capítulo 6

Glucoforina

■ Sangre

155

Membrana

Banda 3

Actina Banda 4.1

Aducina Anquirina

Tropomiosina

Espectrina

Tropomodulina

Figura 6-2. Esquema de la membrana del eritrocito con los componentes que le proporcionan su gran flexibilidad.

na, la tropomiosina y la anquirina. También la deficiencia de la proteína banda 4.1 altera la forma de los eritrocitos y da una anemia hemolítica llamada eliptocitosis hereditaria.

Grupos sanguíneos Existen diferentes grupos sanguíneos, los más conocidos son el grupo ABO que, como se mencionó, corresponde a carbohidratos procedentes de las glucoforinas, y el grupo Rh, que son polipéptidos transmembrana que pueden ser de tipos D, C y E. El nombre del grupo sanguíneo corresponde a la presencia de ese tipo de antígeno en la membrana de los eritrocitos de la persona y la ausencia se conoce como tipo O. Es decir, la persona con sangre A Rh positivo tiene tanto antígeno A, como antígeno Rh, en cambio una persona con sangre O Rh negativo, no tiene antígenos del sistema ABO ni Rh. Es posible que haya personas con sangre AB, es decir, tienen tanto antígeno A como B. De manera natural en la sangre existen anticuerpos contra el antígeno faltante, es decir, si una persona es de tipo A, tiene anticuerpos contra B, si es O tiene anticuerpos contra A y B, por tanto, si se realiza una transfusión con sangre que no es de su tipo, los anticuerpos ocasionan una hemólisis inmediata. En el cuadro 6-1 (modificado de Gartner) se presentan algunas características de los grupos sanguíneos.

Leucocitos Los leucocitos son células del sistema inmunológico que viajan a través de la sangre para llegar a los sitios donde

son requeridos y llevan a cabo su función fuera de la circulación. Se encuentran en una cantidad de 5 000-10 000/ mm3. Se clasifican de acuerdo con la presencia o no de gránulos específicos en su citoplasma, aunque cabe aclarar que todos presentan gránulos inespecíficos, también llamados azurófilos o primarios, que corresponden a lisosomas. • Granulocitos. Los nombres que reciben los leucocitos granulocitos dependen del color que adquieren sus gránulos específicos con la tinción: - Neutrófilos (sus gránulos se pierden en el citoplasma y son pequeños, por tanto, neutros). - Eosinófilos (tienen afinidad por la eosina que les da un color rojo). - Basófilos (tienen gránulos muy grandes que se tiñen de color azul a morado por los colorantes básicos). Cuadro 6-1 Algunas características de los grupos sanguíneos

Grupo sanguíneo

Antígenos presentes

Anticuerpos

Compatibilidad sanguínea

A

Antígeno A

Anti B

Receptor de su mismo grupo

B

Antígeno B

Anti A

Receptor de su mismo grupo

AB

Antígenos AyB

Carecen de anti A y anti B

Receptor universal

O

Ni antígeno A ni B

Anti A y anti B

Donador universal

156

Histología y biología celular

• Agranulocitos. No tienen gránulos específicos: - Linfocitos. - Monocitos.

Neutrófilos

• Específicos. Contienen colagenasas, lisozima, lactoferrina, activadores del complemento. • Primarios o azurófilos. Son lisosomas que contienen hidrolasas ácidas y tienen gran contenido de mieloperoxidasa que es bactericida. • Terciarios. Contienen fosfatasas y metaloproteasas.

Son los leucocitos más abundantes, constituyen entre 50 y 70% de los leucocitos totales. Su principal función es la fagocitosis, en particular de bacterias; por tanto, en infecciones bacterianas es muy común encontrar un aumento de neutrófilos en sangre, conocido como neutrofilia. Su deficiencia severa recibe el nombre de neutropenia o, si las cuentas se acercan a cero, es llamada agranulocitosis, condición que pone en riesgo la vida por la predisposición a infecciones. Son también conocidos con el nombre de polimorfonucleares o PMN debido a la forma de su núcleo, el cual tiene de 3 a 5 lóbulos con cromatina muy condensada y, en las mujeres, se observa una condensación del cromosoma X conocido como corpúsculo de Barr o “palillo de tambor” (figura 6-3). Miden aproximadamente 12 μm y debido a que su principal función es la fagocitosis, son llamados también micrófagos, en comparación con los macrófagos que son de mayor tamaño. En su membrana plasmática tienen una serie de selectinas que les permiten rodar sobre el endotelio de los vasos sanguíneos y, posteriormente, a través de ciertas integrinas e ICAM pueden ser reconocidos por las células endoteliales para pasar a través de sus uniones intercelulares y así poder migrar al tejido conjuntivo en donde realizan su función. Este proceso se conoce con el nombre de diapédesis. Los neutrófilos tienen tres tipos de gránulos cuyo contenido les sirve tanto para degradar compuestos de tejido conjuntivo, para poder migrar a los sitios donde son requeridos, como para destruir los componentes fagocitados.

Para que se pueda llevar a cabo su acción antiparasitaria —sobre todo en el caso de parásitos grandes como las lombrices intestinales—, muchos eosinófilos acuden y lo

Figura 6-3. Se observa en el centro un neutrófilo, con sus lóbulos nucleares (3-5), rodeado de eritrocitos.

Figura 6-4. Un eosinófilo, con núcleo bilobulado y gran cantidad de gránulos rojos (eosinófilos).

Eosinófilos Son antiparasitarios, fagocitan complejos antígeno-anticuerpo para disminuir la reacción inmunológica una vez que ha cumplido su función. Se asocian a reacciones alérgicas, puesto que ayudan a disminuir los efectos de las células asociadas como los mastocitos y basófilos. Los pacientes con fiebre del heno o asma a menudo tienen una gran cantidad de eosinófilos en el moco nasal. Los pacientes con parásitos tienen un aumento de eosinófilos en la sangre, conocido como eosinofilia. Forman de 2 a 4% del total de leucocitos en sangre, miden de 12 a 15 μm de diámetro, tienen un núcleo bilobulado con un citoplasma lleno de gránulos eosinófilos (de color rojo) a los que les deben su nombre (figura 6-4). Tienen dos tipos de gránulos: • Específicos. En la microscopía electrónica de transmisión se observan como granos de café, con un cristal electrondenso en su interior que contiene a la proteína básica mayor. Además, contienen proteína catiónica de eosinófilo, peroxidasa de eosinófilo y neurotoxina derivada de eosinófilo, histaminasa, arilsulfatasa, colagenasa. • Inespecíficos o azurófilos. Son lisosomas.

Capítulo 6

■ Sangre

157

rodean, después liberan el contenido de sus gránulos en la superficie del parásito con lo que consiguen hacer poros a través de los cuales penetra la neurotoxina que afecta el sistema nervioso primitivo del parásito y lo paraliza, para posteriormente eliminarlo por las heces. En cuanto a su función de contrarrestar los efectos de las reacciones alérgicas, la histaminasa ayuda en la eliminación de la histamina, a la cual se le atribuyen gran parte de los síntomas alérgicos, así como la arilsulfatasa contraresta la acción de los leucotrienos.

Basófilos Son muy escasos en sangre, se encuentran desde 0 hasta 1%. Sus funciones en condiciones fisiológicas son participar en las reacciones inflamatorias, pero pueden ser responsables de fenómenos de hipersensibilidad y anafilaxia, tal como se describió en el capítulo 5 para los mastocitos o células cebadas. Miden 12 μm, su núcleo en forma de S difícilmente se puede observar porque su citoplasma está lleno de gránulos grandes y metacromáticos (figura 6-5). En su superficie presenta receptores para Fc de inmunoglobulinas E (que son los anticuerpos asociados a reacciones alérgicas). Sus gránulos son de dos tipos: • Específicos. Contienen heparina (que tiene efectos anticoagulantes), histamina (es la responsable de la vasodilatación y broncoconstricción en las alergias), heparán sulfato y leucotrienos (fuertes broncoconstrictores). La metacromasia de los gránulos se debe sobre todo a la presencia de glucosaminoglucanos sulfatados, la heparina y el heparán sulfato. • Inespecíficos o azurófilos. Son lisosomas.

Figura 6-5. Basófilo con una gran cantidad de gránulos oscuros, metacromáticos.

Figura 6-6. Linfocito, la única célula sanguínea con núcleo redondo, que ocupa la mayor parte de la célula, se observa un escaso reborde de citoplasma.

Linfocitos Son los agranulocitos más abundantes, constituyen de 20 a 30% de los leucocitos totales; constituyen las células más importantes de la inmunidad específica, tanto celular como humoral. Por la gran importancia de estas células, su función será estudiada en capítulos posteriores (figura 6-6). Miden aproximadamente 7 μm, tienen un núcleo muy grande y redondo con heterocromatina y un escaso reborde de citoplasma. En la microscopía electrónica de transmisión suele observarse escasa cantidad de lisosomas, mitocondrias y ribosomas. Los linfocitos se clasifican de la siguiente manera: • Linfocitos T. Son los responsables de la inmunidad celular y los más abundantes en sangre; constituyen de 60 a 80% de los linfocitos. Sus precursores se encuentran en la médula ósea, pero su maduración la lleva a cabo en el timo. Todos tienen el marcador de superficie CD3+, TCR (receptor de célula T), pero pueden ser: - CD4+ linfocitos T cooperadores o helper. - CD8+ linfocitos T citotóxicos. • Linfocitos B. Son los responsables de la inmunidad humoral, es decir, la inmunidad mediada por anticuerpos. Constituyen de 20 a 30% de los linfocitos en la sangre. En su superficie expresan IgM e IgD. Su maduración se lleva a cabo en la médula ósea. Una vez que son activados se transforman en célula plasmática productora de anticuerpos. • Células NK (natural killer) o linfocitos granulares grandes. Son los responsables de la citotoxicidad,

158

Histología y biología celular

sobre todo de eliminar células infectadas con virus y células transformadas o neoplásicas.

Monocitos Están presentes en un 3 a 8% de los leucocitos totales. Son las células precursoras de los macrófagos que forman el sistema fagocítico mononuclear mencionado en el capítulo 5, al abordar el tejido conjuntivo. Su principal función es la fagocitosis y funcionan como células presentadoras de antígeno (figura 6-7). Miden de 12 a 18 μm, son las células más grandes de la sangre. Tienen un núcleo en forma de riñón, grande y excéntrico, así como citoplasma ligeramente basófilo con abundantes lisosomas que le ayudarán en su función fagocítica. En su superficie, presenta receptores para Fc de los anticuerpos y receptores de complemento, importantes para la fagocitosis y también moléculas del complejo principal de histocompatibilidad de tipo II (MHC II), indispensables para la presentación de antígenos.

Plaquetas Son también llamadas trombocitos, se encuentran en la sangre en cantidades de 150 000-450 000/mm3. Su principal función es la formación del coágulo primario, el cual sirve como anclaje para la formación del coágulo secundario o definitivo. Son fragmentos del citoplasma de una célula precursora más grande de médula ósea, el megacariocito. Tienen forma de disco con un diámetro de 2 a 3 μm, pero al activarse cambian su forma haciendo prolongaciones que le dan un aspecto de estrella que facilitan la adhesión y agregación. Tienen una vida media de 7 a 14 días.

Figura 6-7. La célula más grande de la sangre, el monocito, con su núcleo en forma de riñón.

En la microscopía de luz se les observa una porción periférica pálida, ligeramente acidófila llamada hialómero y una porción basófila en el centro, denominada granulómero. En la microscopía electrónica se observan diferentes zonas que se describen a continuación: • Zona periférica. Formada por la membrana con un grueso glucocáliz que contiene integrinas indispensables para la adhesión y agregación. • Zona estructural. Formada por actina, miosina, proteínas fijadoras de actina y microtúbulos dispuestos de manera circunferencial conservando la estructura discal de la plaqueta. • Zona de organelos. En ella se encuentran mitocondrias, peroxisomas, glucógeno y gránulos que son de tres tipos: - Alfa (α). Que contienen fibrinógeno, factor de von Willebrand, factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF). - Delta (δ) o densos. Que tienen ADP, ATP y serotonina, que son potentes agonistas plaquetarios. - Lambda (λ). Son lisosomas que ayudan a disolver el coágulo cuando ha cumplido su función. • Zona membranosa. Formada por: - Sistema canalicular abierto que tiene comunicación con el exterior y forma un sistema laberíntico dentro de la plaqueta que aumenta el área de superficie plaquetaria, favoreciendo la captación y liberación rápida de las sustancias en la plaqueta. - Sistema tubular denso, que es el equivalente del retículo endoplásmico liso, el cual secuestra a los iones de calcio para evitar la activación plaquetaria cuando no se requiere. En condiciones normales el endotelio produce sustancias que inhiben la activación plaquetaria como la prostaciclina y el óxido nítrico. Pero una vez que ha ocurrido el daño en el vaso sanguíneo, hay vasoconstricción para evitar la pérdida de sangre e inmediatamente las plaquetas se adhieren a la colágena expuesta del subendotelio con ayuda del factor de von Willebrand, se activan y liberan sus gránulos que activan al resto de plaquetas, con lo que ocurre una agregación primaria y, posteriormente, una agregación secundaria con formación del coágulo primario. Este coágulo es aún muy lábil y puede disolverse por el flujo sanguíneo, se requiere de la formación del coágulo definitivo hecho de fibrina para que pueda ser duradero el tiempo que se requiera para la reparación del vaso dañado. Para que esto suceda se inicia la cascada de activación de los factores de la coagulación, que culmina con la formación de trombina que favorece la conversión del fibrinógeno en fibrina y, con ello, la formación de mallas de fibrina que le dan la estabilidad al coágulo definitivo. Cuando el coágulo ha cumplido su función, el sistema fibrinolítico a través de la enzima plasmina, disuelve el coágulo para mantener permeable la luz del vaso reparado.

Capítulo 6

Correlación clínica ¿Para qué sirve una biometría hemática? La biometría hemática se utiliza para medir parámetros; en el cuadro 6-2 se muestran algunos de éstos, cuyos valores normales son para la altura de la ciudad de México (2 240 m sobre el nivel del mar). La disminución en la concentración de hemoglobina y en el hematócrito indica la presencia de una anemia, pero dependiendo del resto de los parámetros será posible saber qué tipo de anemia es y su posible causa. El volumen globular medio es el volumen que le cabe a un eritrocito normal, si éste disminuye, indica un eritrocito de menor tamaño y se conoce como microcitosis, en cambio si el volumen es mayor, se trata de macrocitosis. Si en el frotis se observan de diferentes tamaños se llama anisocitosis. La concentración media de hemoglobina nos indica la cantidad de hemoglobina que tienen los eritrocitos, si está normal se dice que son normocrómicos y si está disminuida se llaman hipocrómicos. Con base en estos parámetros es factible hacer una clasificación de las anemias en: • Anemia normocítica normocrómica, en donde los eritrocitos son normales, la cual es característica de las hemorragias agudas, de las enfermedades crónicas o incluso de las anemias hemolíticas (por destrucción de eritrocitos).

Cuadro 6-2 Parámetros obtenidos en la biometría hemática en personas que viven en la ciudad de México

Parámetro

Valores normales

Hemoglobina (Hb)

Hombres: 14 a 19 g/100 ml Mujeres 13 a 18 g/100 ml

Hematócrito (Hcto)

45 a 55%

Volumen globular medio (VGM)

80 a 100 fl

Hemoglobina corpuscular media (HCM)

27 a 31 pg/célula

Concentración media de hemoglobina (CMHC)

32 a 35 g/100 ml

Eritrocitos

4 000 000 a 5 000 000/mm3 000/mm3

Leucocitos totales

5 000 a 10

Neutrófilos

50 a 70%

Linfocitos

20 a 30%

Monocitos

3 a 8%

Eosinófilos

2 a 4%

Basófilos

0 a 1%

Plaquetas

150 000 a 450 000/mm3

■ Sangre

159

• Anemia microcítica hipocrómica, que presenta eritrocitos pequeños y pálidos, la cual es característica de la anemia ferropénica, donde no hay suficiente hierro para la producción del grupo hemo de la hemoglobina. • Anemia macrocítica normocrómica, misma que contiene eritrocitos más grandes e incluso leucocitos grandes y polilobulados, característica de la deficiencia de vitamina B12 y ácido fólico, así como en la anemia perniciosa por deficiencia de factor intrínseco que es indispensable para la absorción de la vitamina B12. El aumento en el número de eritrocitos, hemoglobina y hematócrito también es patológico y se le conoce como poliglobulia; una de sus causas es la hipoxia (disminución en la oxigenación) en las enfermedades respiratorias crónicas que hace que el riñón aumente la producción de una hormona llamada eritropoyetina, la cual estimula la proliferación eritrocitaria. Otra causa es una enfermedad mieloproliferativa llamada policitemia vera. En cuanto a los leucocitos es importante determinar si existe un aumento, el cual es identificado como leucocitosis, o una disminución llamada leucopenia. Por lo general la leucocitosis se debe a infección y, como se mencionó previamente, si existe neutrofilia es probable que la infección sea bacteriana, o si lo que está elevado son los eosinófilos, puede ser parasitaria. En condiciones anormales pueden reportar formas inmaduras de los leucocitos o blastos, los que pueden hacer sospechar un proceso neoplásico como una leucemia. El número de plaquetas en la sangre es importante porque una disminución, o trombocitopenia, predispone a sangrado y un aumento en la cuenta, o trombocitosis, puede predisponer a trombosis (formación anormal de coágulos). Existe un síndrome llamado púrpura en la trombocitopenia moderada a severa que se caracteriza por la aparición de sangrado espontáneo en la piel (equimosis y petequias), acompañado de sangrado espontáneo en mucosas, sobre todo gingival. Las causas son diversas, desde un padecimiento autoinmune llamado púrpura trombocitopénica idiopática hasta una leucemia.

El monóxido de carbono (CO) que se produce por la combustión, por ejemplo, en un incendio o en lugares con mala ventilación en donde queda un motor de gasolina encendido, tiene una mayor afinidad por la hemoglobina que el oxígeno y, por tanto, las personas mueren por hipoxia y, paradójicamente, en lugar de verse la piel cianótica (azul), se observa de un color rojo cereza por el color que le da el CO al unirse con la Hb. Por otro lado, la deficiencia o anormalidad de la hemoglobina da como consecuencia una anemia, por ejemplo, la anemia de células falciformes o drepanocítica, debido a una

160

Histología y biología celular

mutación puntual de la hemoglobina, ocasiona un cambio en la Hb, llamada HbS la cual en condiciones de hipoxia tiende a cristalizarse y altera la forma de los eritrocitos, como de media luna, que los hace muy fáciles de romperse o de obstruir vasos sanguíneos. Es interesante que esta mutación se conservara en la evolución sobre todo en los países africanos porque les confiere cierta protección contra el paludismo. Otra alteración genética es la talasemia en la cual hay anemia porque un gen de globina está alterado y hay deficiencia en la producción de hemoglobina.

La deficiencia de algún factor de la coagulación predispone a hemorragias, como es el caso de las hemofilias A y B en donde hay deficiencia de los factores VIII y IX, respectivamente, y que se manifiestan sólo en el sexo masculino por ser transmitidos por herencia ligada al X. La hemostasia normal requiere un fino equilibrio entre los factores procoagulantes y anticoagulantes, por lo que si hay un exceso de alguno de ellos se pueden presentar trombosis o hemorragias, respectivamente. La tromboembolia pulmonar, el infarto agudo al miocardio y el infarto cerebral son patologías en las que está involucrado el sistema de coagulación.

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Capítulo

7

Hematopoyesis Adriana E. González Villalva Paul Carrillo Mora

Introducción

adquieren marcadores específicos del linaje al que darán origen. Tanto las CTH como las CPH tienen una morfología parecida a los linfocitos y no es posible distinguirlas en el frotis de médula ósea. • Células precursoras son las que al madurar dan origen a las células que circulan en la sangre, forman más de 90% de las células de la médula ósea y son reconocibles por su morfología, de las cuales se hablará en este capítulo.

La hematopoyesis es la producción de células sanguíneas (hema, “sangre”; poiesis, “formación”). En el ser humano adulto se lleva a cabo en la médula ósea durante toda su vida. Este tejido es uno de los más activos en cuanto a proliferación, puesto que diariamente se producen alrededor de 2 × 1011 eritrocitos, 2 × 1011 plaquetas y 7 × 1010 granulocitos, indispensables para mantener los valores normales de las células circulando en la sangre. No sólo la médula ósea es un órgano hematopoyético, pues durante la vida embrionaria y fetal otros órganos tienen esta función. La hematopoyesis inicia en el saco vitelino, alrededor de la segunda semana de gestación (fase mesoblástica). Continúa alrededor de la quinta semana en el hígado y posteriormente en el bazo, son éstos dos los que toman esta función y son los responsables de la hematopoyesis en el segundo trimestre del embarazo (fases hepática y esplénica). La médula ósea inicia la producción sanguínea a partir del cuarto mes y continúa con esta función durante toda la vida de la persona (fase mieloide). Sólo en condiciones patológicas el hígado y el bazo pueden recuperar su función hematopoyética después del nacimiento. Las células que dan origen a las células sanguíneas se dividen en varios compartimientos:

La célula troncal hematopoyética da origen a un progenitor multipotente (PMP), que se diferencia en progenitor linfoide común (PLC) o en un progenitor mieloide común (PMC). Este último da origen a un progenitor eritroide/megacariocítico (PEM) o bien a un progenitor granulocito/monocítico (PGM) llamado también unidad formadora de colonias de granulocitos y macrófagos (CFU-GM). Como se observa en la figura 7-1, existen algunas células intermedias que finalmente dan origen a las células precursoras y células maduras de la sangre. Para que se lleve a cabo toda esta proliferación y diferenciación celular es necesario que exista un micro-

Existen muchos de estos factores recombinantes que son tan empleados en la práctica clínica y que han mejorado la calidad de vida de los pacientes. Por ejemplo, en la insuficiencia renal, en la cual se presenta anemia por falta de la producción de eritropoyetina, se administra ésta de manera exógena. En los pacientes sometidos a quimioterapia, con cuentas leucocitarias y plaquetarias bajas, que por lo mismo tienen riesgo de infecciones y hemorragias que ponen en riesgo su vida, se acelera su recuperación administrándoles un factor estimulante de colonias de granulocitos y macrófagos (GM-CSF) e IL-11 que aumenta la producción plaquetaria.

• Células troncales hematopoyéticas (CTH), llamadas también células madre, las cuales son capaces de autorenovarse y son multipotenciales (tienen la capacidad de diferenciarse en cualquier linaje sanguíneo). Sus marcadores de superficie son CD34, CD133, CD90 y carecen de marcadores específicos de linaje. • Células progenitoras hematopoyéticas (CPH), las cuales no pueden autorrenovarse pero conservan la capacidad de proliferar. También es factible diferenciarlas en varios linajes (multipotenciales), en dos linajes (bipotenciales) o en un solo linaje (monopotenciales). Conservan el marcador CD34, pero ya 161

162

Histología y biología celular

BFU: Unidad formadora de brotes CFU: Unidad formadora de colonias Linfocito T Progenitor linfoide común Linfocito B

Progenitor eritroide/ megacariocítico

BFU de eritrocitos

CFU de eritrocitos

BFU de megacariocitos

CFU de megacariocitos

Eritrocito

Plaquetas Megacariocito maduro

Célula troncal hematopoyética Monocitos

CFU de monocitos

Macrófago

Basófilo

Progenitor granulocítico/ Progenitor monocítico mieloide común

CFU de granulocitos

Eosinófilo Neutrófilo

Figura 7-1. En el esquema se observa el proceso de diferenciación de las células hematopoyéticas desde la célula troncal hematopoyética (CTH) hasta las células maduras.

ambiente adecuado, son indispensables factores de crecimiento, quimiocinas y citocinas que son producidos de manera local por las células del estroma, fibroblastos e incluso osteoblastos de la médula ósea, o de forma sistémica por el hígado o el riñón. En el cuadro 7-1 se ilustran algunos de los factores principales involucrados en la hematopoyesis y su función. Si las células progenitoras no tienen los factores de crecimiento que requieren, mueren por apoptosis, de ahí la importancia de estos factores.

Mielopoyesis Se llama mielopoyesis al proceso de formación y generación de células del linaje mieloide de la sangre, que corresponde a eritrocitos, monocitos, granulocitos y plaquetas. La mielopoyesis se divide en: • • • •

Eritropoyesis. Granulopoyesis. Megacariopoyesis o trombopoyesis. Monopoyesis.

Eritropoyesis La eritropoyesis (o formación de eritrocitos) requiere la presencia de eritropoyetina producida por el riñón, pero también de hierro para la producción de hemoglobina y de ácido fólico y vitamina B12 para la adecuada síntesis de DNA. Si alguno de estos elementos es deficiente, puede presentarse una anemia. Es común encontrar islotes eritroblásticos en la médula ósea, que corresponden a macrófagos rodeados de eritroblastos, ya que los macrófagos son células con una gran reserva de hierro que es útil para estas células. Por otro lado, debido a que el riñón aumenta su producción de eritropoyetina en condiciones de hipoxia, las personas con enfermedades respiratorias crónicas pueden presentar poliglobulia (aumento de eritrocitos en la sangre) y lo mismo sucede con las personas que viajan a lugares con mayor altura sobre el nivel del mar. El tiempo aproximado en el que se lleva a cabo la eritropoyesis, desde la primera célula diferenciable hasta el eritrocito maduro, es de 5 a 7 días. La célula en su diferenciación va disminuyendo de tamaño, al igual que su núcleo, la

Capítulo 7

■ Hematopoyesis

163

Cuadro 7-1 Algunos de los factores principales involucrados en la hematopoyesis y su función

Factores

Acción principal

Origen

Factor de célula madre

Promueve la hematopoyesis

Células del estroma de médula ósea

Factor estimulante de colonias de granulocitos y monocitos (GM-CSF)

Promueve la diferenciación del progenitor granulocito/monocítico o CFU-GM

Células endoteliales, células T, fibroblastos de médula ósea

Factor estimulante de colonias de granulocitos (G-CSF)

Promueve mitosis y diferenciación de la unidad formadora de colonias de granulocitos (CFU-G)

Macrófagos, células endoteliales, fibroblastos de médula ósea

Factor estimulante de colonias de monocitos

Promueve mitosis y diferenciación de la unidad formadora de colonias de monocitos (CFU-M)

Macrófagos, células endoteliales

Interleucina 3 (IL-3)

En conjunto con IL-1 e IL-6 promueve la diferenciación de la célula troncal hematopoyética (CTH), células progenitoras y suprime precursores eritroides

Células T y B activadas

IL-4

Promueve diferenciación de basófilos

Células T activadas

IL-5

Promueve diferenciación de eosinófilos

Células T

IL-11

Promueve la trombopoyesis

Fibroblastos de médula ósea

Eritropoyetina

Diferenciación de la unidad formadora de colonias eritroide (CFU-E), mitosis de la unidad formadora de brotes (BFU-E)

Células endoteliales de capilares peritubulares del riñón, hepatocitos

Trombopoyetina

Proliferación y diferenciación de precursores megacariocíticos

Hígado, células del estroma de médula ósea

cromatina se hace densa y cambia el citoplasma de basófilo a acidófilo. A continuación se mencionan las principales características de las células precursoras. • Proeritroblasto. Es la primera célula diferenciable de este linaje y la más grande, mide 14 a 19 μm, tiene un citoplasma ligeramente basófilo, con núcleo muy grande, mucha eucromatina y uno o dos nucleolos. • Eritroblasto basófilo. De menor tamaño que la anterior, con núcleo un poco más condensado y un citoplasma basófilo por la gran cantidad de ribosomas libres que presenta. En esta fase se inicia la producción de hemoglobina. • Eritroblasto policromatófilo. Es la última célula que presenta mitosis, es más pequeño que el anterior, tiene un citoplasma de gris a lila pálido, debido a la combinación de colores entre el azul por los ribosomas y el rosa que indica que ya es evidente la producción de hemoglobina. • Eritroblasto ortocromático o normoblasto. Mide de 7 a 8 μm. Tiene un citoplasma acidófilo, con núcleo muy condensado y pequeño. En esta fase se expulsa el núcleo. • Reticulocito. Es idéntico a un eritrocito maduro, tiene un citoplasma acidófilo, pero con tinciones supravitales se observa un reticulado fino por la presencia de RNA ribosomal. Puede salir a la circulación, pero en cantidades menores al 2% de eritrocitos totales. Un aumento indica una mayor proliferación, por lo general debida a hemólisis (destrucción de eritrocitos).

• Eritrocito. Son las células más abundantes de la sangre, se encuentran de 3 000 000-5 000 000/mm3. Tienen un diámetro de aproximadamente 7.5 μm, con un espesor de 2.5 μm.

Granulopoyesis Se le llama granulopoyesis a la formación de leucocitos granulocitos: neutrófilos, eosinófilos y basófilos. Para llevarla a cabo se requieren muchos factores, entre ellos el factor estimulante de colonias de granulocitos y macrófagos (GM-CSF) y el factor estimulante de colonias de granulocitos (G-CSF). Aproximadamente tiene una duración de 10 días. Existen situaciones en las cuales se acelera este proceso, e incluso la médula ósea puede enviar formas inmaduras a la circulación, lo que se conoce como “desviación a la izquierda” en la cual se observan metamielocitos y bandas que se deben a una infección muy grave. Las células precursoras de este linaje son las siguientes (figura 7-2): • Mieloblasto. Es la primera célula identificable de este linaje, mide 14 a 20 μm, su núcleo es eucromático con 3 a 5 nucleolos, su citoplasma es basófilo, sin gránulos. • Promielocito. Es la célula más grande de este linaje, mide 18 a 24 μm, su núcleo es grande con nucleolos, citoplasma basófilo. En esta fase aparecen los gránulos azurófilos. • Mielocito. Es más pequeño, su núcleo es elíptico y se encuentra excéntrico. Aparecen los gránulos específi-

164

Histología y biología celular

Eritropoyesis

Proeritroblasto

Eritroblasto basófilo

Eritroblasto policromatófilo

Eritroblasto ortocromático

Reticulocito

Eritrocito

Megacariopoyesis/ trombopoyesis

Megacarioblasto

Megacariocito

Plaquetas

Granulopoyesis

Basófilo

Eosinófilo Mieloblasto

Promielocito

Mielocito

Metamielocito

Banda Neutrófilo

Figura 7-2. Esquema que muestra las características de las células precursoras de la eritropoyesis, megacariopoyesis y granulopoyesis.

cos, es decir, se puede saber si dará origen a un neutrófilo, eosinófilo o basófilo. Es la última célula que lleva a cabo mitosis. • Metamielocito. A partir de esta célula, sólo hay cambios nucleares, su citoplasma permanece igual a la anterior. Su núcleo es arriñonado, excéntrico. • Banda. Su núcleo es alargado, en forma de herradura o “U”, motivo por el cual se le da ese nombre. • Granulocito maduro. Neutrófilo, eosinófilo o basófilo.

Megacariopoyesis o trombopoyesis Es el proceso de maduración de megacariocitos, cuyo citoplasma dará lugar a la formación de plaquetas. El principal factor involucrado en este proceso es la trombopoyetina (TPO), pero también otras citocinas, como la IL-11 la cual es la única empleada en la práctica clínica para aumentar la cuenta plaquetaria. Su duración es de aproximadamente 5 a 10 días. Las células precursoras de este linaje son:

• Megacarioblasto. Mide entre 15 a 40 μm, su núcleo es redondo con múltiples nucleolos, no lobulado, su citoplasma es basófilo. Lleva a cabo un proceso llamado endomitosis, el cual consiste en una mitosis pero sin cariocinesis ni citocinesis, por lo que el citoplasma se acumula, lo mismo que el núcleo que se vuelve poliploide. Al final de este estadio ya tiene algunos gránulos. • Megacariocito. Es la célula madura de este linaje, es la célula más grande de la médula ósea, mide 50 a 150 μm y su núcleo poliploide puede ser de 8n a 64n, de hecho, debe su nombre a esta característica (mega, “grande”; karyo, “núcleo”). Presenta abundantes gránulos α, δ y λ, descritos ya en el capítulo 6, los cuales conservan las plaquetas. Se observan con claridad los llamados canales de demarcación, que son delimitaciones hechas de la membrana plasmática y procedente del retículo endoplásmico liso (REL) los cuales limitan territorios plaquetarios. La forma en que se liberan las plaquetas todavía se encuentra en investigación, pero se ha demostrado que a

Capítulo 7

través de un proceso parecido a la apoptosis, el megacariocito, que por lo general está junto a los capilares de tipo sinusoide, extiende unas prolongaciones citoplásmicas largas llamadas proplaquetas, que llegan hasta el interior de los capilares en donde liberan a las plaquetas directamente a la circulación. Por otra parte, existen datos de que algunos megacariocitos o sus precursores viajan al pulmón y ahí liberan a las plaquetas en los capilares pulmonares. Cada megacariocito resulta capaz de producir 104 plaquetas; por último, al desprenderse de su citoplasma, el núcleo desnudo es fagocitado por macrófagos.

Monopoyesis Es la formación de monocitos, los cuales como ya se ha mencionado, darán lugar a los macrófagos del sistema fagocítico mononuclear. El proceso dura aproximadamente 55 horas. Las células precursoras son: • Monoblasto. No es posible diferenciarlo del mieloblasto. • Promonocito. Es una célula que mide 10 a 15 μm, con núcleo grande eucromático con uno o dos nucleolos, con leve indentación y citoplasma basófilo con múltiples gránulos azurófilos. Es la última célula que tiene mitosis. • Monocito. Están presentes en un 3 a 8% de los leucocitos totales. Son las células precursoras de los macrófagos que forman el sistema fagocítico mononuclear ya mencionado en el capítulo 5, al considerar el tejido conjuntivo.

Médula ósea La médula ósea es un tejido hematopoyético que se encuentra localizado en la cavidad medular de los huesos. En el recién nacido está en casi todos los huesos, pero con el tiempo se disminuyen los sitios en los que se puede

165

localizar, concentrándose sobre todo en la edad adulta, en los huesos del esqueleto axial. Es por esa razón que cuando se requiere realizar un aspirado de médula ósea para realizar un diagnóstico, se toma del esternón o de la cresta iliaca posterior. Se reconocen dos tipos de médula ósea: la médula ósea amarilla, que está constituida por tejido adiposo, y la médula ósea roja, que es la que se encuentra de manera activa produciendo células hematopoyéticas. En los niños existe mayor cantidad de médula ósea roja, mientras que conforme se envejece, comienza el recambio por médula amarilla. La médula ósea está constituida por el estroma y dos compartimientos: el vascular y el hematopoyético (figura 7-3). El estroma está formado por tejido conjuntivo, fibras reticulares, células estromales llamadas también reticulares adventicias y fibroblastos. Estas células rodean a los capilares sinusoidales y secretan factores de crecimiento para crear un microambiente favorable para la hematopoyesis. Es factible diferenciar a los adipocitos. El compartimiento hematopoyético corresponde a todas las células hematopoyéticas mencionadas en este capítulo. El compartimiento vascular está formado sobre todo por capilares de tipo sinusoides que tienen grandes poros para dejar pasar a las células maduras hacia la circulación. Tales si-

EO

Linfopoyesis El progenitor linfoide común (PLC), llamado también unidad formadora de colonias linfoide (UFC-L) se origina también en la médula ósea. Esta última da origen a células progenitoras unipotenciales destinadas a convertirse en linfocitos T que abandonan la médula ósea y se trasladan hacia el timo en donde continúan su diferenciación y son capacitados para su función. Una vez capacitados viajan por la circulación sanguínea y se alojan en los órganos linfoides, lo cual se describe en el capítulo 8. Las células que se convertirán en linfocitos B se producen en órganos equivalentes a la bursa de Fabricio de las aves, en el caso de los mamíferos, es la médula ósea y de nuevo viajan a la sangre y se alojan en la misma médula ósea y otros órganos linfoides para realizar su función.

■ Hematopoyesis

EO Neu MB PM

Neu

B

B

CP

Figura 7-3. Frotis de médula ósea en el que se observan algunos estadios de eritropoyesis y mielopoyesis. También se observa una célula plasmática (CP), con su citoplasma intensamente basófilo, núcleo excéntrico e imagen negativa del aparato de Golgi. B, banda; EO, eritroblasto ortocromático; MB, mieloblasto; Neu, neutrófilo; PM, promielocito.

166

Histología y biología celular

nusoides proceden de las arterias nutricias y drenan en una vena longitudinal central que sale del hueso a través del conducto nutriente.

Correlaciones clínicas Las alteraciones en la hematopoyesis pueden llevar a un aumento desordenado en la producción de células hematopoyéticas (leucemias) o a la producción deficiente de las mismas (anemia aplásica). Leucemia literalmente quiere decir “sangre blanca” (leukos, “blanco”), es un grupo de enfermedades malignas (cáncer hematológico), en las que existe una proliferación incontrolada de leucocitos clonales (transformados) en médula ósea y que suelen pasar a la circulación sanguínea. En las leucemias están incluidas ciertas proliferaciones malignas de precursores eritroides. La leucemia puede ser aguda o crónica y no tiene que ver con la duración de la enfermedad; se llama aguda cuando la proliferación es por células inmaduras o “blastos” y crónica cuando la proliferación es mediante células maduras. Puede ser de origen mieloide o linfoide, dependiendo del linaje que esté alterado. La excesiva proliferación de una clona de células impide la hematopoyesis normal, por lo que los pacientes suelen presentarse al momento del diagnóstico con presencia de blastos en sangre y pancitopenia, es decir, con todos los tipos celulares disminuidos como anemia, leucopenia con neutropenia y trombocitopenia, situación que pone en riesgo su vida por algunas complicaciones como hemorragias e infecciones graves. La presencia de una bicitopenia (dos tipos celulares disminuidos en sangre) obliga a descartar este diagnóstico mediante un aspirado de médula ósea. El tratamiento con quimioterapia logra la curación de 40% de las leucemias en adultos y hasta 90% de las leucemias en niños. La otra alternativa terapéutica

con buenos resultados es la realización de un trasplante de médula ósea. La anemia aplásica es una enfermedad caracterizada por insuficiencia medular, en la cual no hay adecuada producción de los linajes celulares debido a que el defecto se encuentra en una CTH, por lo que el paciente presenta pancitopenia, con los mismos riesgos ya mencionados. Puede ser idiopática (de causa desconocida) o secundaria al uso de medicamentos empleados en quimioterapia, inmunosupresores e incluso tóxicos como el benceno o el arsénico. En caso de no aplicarse tratamiento, tiene un mal pronóstico a corto plazo, sin embargo, con un trasplante de médula ósea alcanza un 80% de curación en personas jóvenes.

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Capítulo

8

Tejido y órganos linfoides Andrés E. Castell Rodríguez • Miguel Herrera Enríquez Martha Ustarroz Cano

Introducción

sus células, con lo que se divide al sistema inmunológico en innato y adquirido. El sistema inmunológico está constituido por distintos tipos celulares, entre los que se incluye a macrófagos, células dendríticas, células cebadas, granulocitos y linfocitos; y aunque para cada uno de estos tipos celulares se ha demostrado la existencia de múltiples subpoblaciones, con características y funciones distintas, todas ellas se originan a partir de un mismo precursor común, una célula madre hematopoyética residente de la médula ósea (BMHSC), de la que se originan dos tipos de células pluripotentes, la célula formadora de colonias linfoides (CFC-Ly) de la que se derivan todos los tipos de linfocitos y, por otra parte, la célula formadora de colonias granulocíticas, monocíticas, eritroides y megacariocíticas (CFC-GMEMeg). De esta última se pueden originar dos unidades formadoras de colonias independientes, la eritroide-megacariocítica (UFC-EMeg) cuyas descendientes forman a eritrocitos y megacariocitos, y la granulocítica-monocítica (UFC-GM) cuyas descendientes forman, por un lado, eosinófilos, basófilos y mastocitos y, por el otro, neutrófilos, monocitos y células dendríticas. Cabe señalar que aunque la mayoría de estas células se originan en la médula ósea y muchas de ellas adquieren su maduración y capacitación en ese sitio, algunas poblaciones de ellas (como los linfocitos T, las células dendríticas y algunas poblaciones de macrófagos) maduran en órganos distintos a la médula ósea.

El sistema inmunológico comprende un grupo de células, tejidos y órganos que en su conjunto tienen como objetivo coordinado el de reconocer a los distintos elementos celulares y moleculares propios del cuerpo de la persona y discriminarlos de aquellos que no son propios del organismo. Este reconocimiento de lo que es o no del organismo se lleva a cabo mediante moléculas que son reconocidas por las células del sistema inmunológico. A estas moléculas se les llama inmunógenos, y prácticamente cualquier molécula del cuerpo puede actuar como tal, por lo que el sistema inmunológico debe ser capaz de reconocerlos y generar la respuesta adecuada, en cada caso, y tener la capacidad de dirigirse y actuar en casi cualquier tejido u órgano. Es factible realizar el estudio del sistema inmunológico desde múltiples enfoques, por ejemplo, con base en los órganos que lo conforman, como aquellos encargados de la producción y maduración de sus células que se conocen como órganos linfoides primarios (médula ósea y timo) y aquellos encargados de realizar el reconocimiento de los estímulos y ofrecer una respuesta, a los que se les conoce como órganos linfoides secundarios (ganglios linfáticos, bazo y tejidos linfoides asociados con mucosas, MALT); otra posibilidad es considerarlo desde el punto de vista morfológico en función de la manera en que se organizan y asocian las células inmunológicas con otros tipos celulares, clasificando a la acumulación de células inmunológicas en el tejido conjuntivo (sobre todo) como tejido linfoide difuso, mientras que la acumulación de células inmunológicas en órganos delimitados por un estroma y cápsula de tejido conjuntivo bien organizadas se le conoce como tejido linfoide encapsulado; una opción más es abordarlo desde el punto de vista funcional, donde cabe observar que el mecanismo de respuesta del sistema inmunológico depende del tipo de estímulo que entre en contacto con

Sistema inmune innato Esta rama del sistema inmunológico, como primera línea de defensa del organismo ante la intrusión de algún agente patógeno que ha atravesado alguna de las barreras epiteliales, tiene como función eliminarlos o inactivarlos, y entre sus principales características están: 1) que participan tanto

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Histología y biología celular

células como proteínas solubles en el líquido extracelular, 2) que se activa inmediatamente tras la entrada del agente infeccioso, 3) la respuesta sólo dura algunas horas, 4) promoviendo un proceso inflamatorio en el área afectada y 5) no ofrece una protección a largo plazo, pero 6) en caso de no resolver la intrusión promueve la activación de la respuesta inmune adaptativa. Las células que median la respuesta inmune innata son macrófagos, neutrófilos, eosinófilos, basófilos, mastocitos y los linfocitos asesinos por naturaleza (NK, del inglés natural killer). En la mayoría de las ocasiones los agentes patógenos son reconocidos gracias a que macrófagos, neutrófilos y células dendríticas cuentan en su superficie con un repertorio de proteínas transmembranales que funcionan como receptores que reconocen ciertos patrones moleculares asociados con patógenos (PAMP), a menudo expresados en los oligosacáridos de la pared y el plasmalema bacterial como, por ejemplo, los lipopolisacáridos (LPS). Una vez reconocidos, los agentes infecciosos son fagocitados, de manera principal por los macrófagos, que se activan y secretan diversas citocinas, tales como interleucinas (IL), factor de necrosis tumoral (TNF), interferones (IFN), quimiocinas, prostaglandinas, leucotrienos y factor activador de plaquetas, los que promueven un proceso inflamatorio, incluyendo vasodilatación, aumento de la permeabilidad vascular y el reclutamiento de nuevos monocitos y neutrófilos que redundan la respuesta recién iniciada. Tal proceso inflamatorio también puede ser desencadenado por un grupo de proteínas plasmáticas las que se conocen como el complemento (esta familia de proteínas se encuentran libres en el plasma de manera inactiva y actúan en cascada, es decir, que cuando una se activa promueve la activación de otra y ésta, a su vez, activa a otra proteína), donde algunos de sus componentes conocidos como iniciadores (C1, C2, C3 y C4) reconocen la superficie bacterial y al anclarse sobre ella promueven la activación en los siguientes elementos en la cascada. Existen tres vías reconocidas de activación del complemento: clásica, alterna y de las lectinas, lo que conduce a la agregación de éstos, que forman literalmente un hoyo sobre la superficie bacterial, o bien una marca molecular para su fagocitosis por macrófagos y al mismo tiempo promueve la activación del proceso inflamatorio. En infecciones principalmente virales, participa otro tipo celular que pertenece a la familia de los linfocitos, las ya mencionadas células NK que se activan por acción del TNF-α y los interferones α y β producidos por el propio macrófago, las NK ejercen un efecto citotóxico, inyectando proteínas proapoptóticas en las células infectadas, al igual que en células transformadas, conteniendo la infección mientras que la respuesta adaptativa se activa por las células dendríticas (CD) y los macrófagos que cuentan con otro grupo de receptores conocidos como receptores tipo Toll (TLR) que al ligarse con un PAMP inducen su activación y

su posterior migración a los órganos linfoides para inducir una respuesta inmunológica adaptativa.

Respuesta inmune adaptativa Como ya se mencionó, la respuesta inmune innata es un excelente mecanismo de protección para prevenir y controlar el crecimiento de agentes patógenos, siempre y cuando éstos cuenten con ciertos patrones moleculares o induzcan la liberación de interferones, sin embargo, no cuenta con la característica más importante de la inmunidad que es la memoria inmunológica, cuyas características más importantes son la especificidad con la que se reconoce a un patógeno y la larga duración de ella. Estas características las ofrece la rama conocida como respuesta inmune adaptativa, ofrecida por un grupo de células conocidas como linfocitos, cuyas características morfológicas se detallaron en los capítulos 6 y 7. Este grupo celular se origina en médula ósea, y su diferenciación y maduración ocurren en la misma médula ósea para la variedad de linfocitos B, mientras que aquellos que maduran en el timo se les conoce como linfocitos T, una vez inmunocapacitados y seleccionados, se liberan y se encuentran en tránsito tanto en la vía sanguínea como en la linfática, acumulados en el tejido conjuntivo asociado a las mucosas o acumulados en los órganos linfoides secundarios (bazo y ganglios linfáticos). La principal característica de los linfocitos es que durante su proceso de maduración (inmunocapacitación) se activan numerosos genes que les permite expresar en membrana una serie de proteínas que funcionan como receptores (BCR y TCR), las cuales se unen con alta afinidad, de manera selectiva y específica a una variedad de antígenos de origen diverso, de igual manera, durante este proceso y de acuerdo con el tipo de linfocito y el tipo de respuesta que éste vaya a ofrecer se expresan diversas proteínas de membrana (proteínas CD) que les permite interactuar con el medio extracelular, con otras células así como modular su actividad.

Linfocitos B Esta variedad de linfocitos reciben su nombre gracias a que su proceso de maduración fue descrito en una estructura conocida como bursa de Fabricio, que es un órgano sacular que se localiza de modo exclusivo en las aves, cuya luz cuenta con 12 a 15 pliegues internos ocupados por folículos linfoides, en mamíferos la inmunocapacitación de esta variedad celular se realiza en la médula ósea. Las moléculas de reconocimiento de antígenos en los linfocitos B se conocen como inmunoglobulinas (Ig), donde cada una es capaz de adherirse de forma específica y selectiva a un solo epítopo antigénico (pequeña porción de un antígeno que es reconocida por un anticuerpo),

Capítulo 8

por lo que hay tantas inmunoglobulinas como antígenos posibles existan, sin embargo, un linfocito es capaz de producir inmunoglobulinas específicas a un solo epítopo, razón por la cual existen millones de clonas de linfocitos distintos. Desde el punto de vista estructural, las inmunoglobulinas pertenecen a la superfamilia de proteínas de las gammaglobulinas, a causa de que sus cadenas peptídicas presentan varios dominios repetidos de aproximadamente 110 aminoácidos de largo, plegados sobre sí por puentes disulfuros, lo que les otorga un aspecto tridimensional globular. Las inmunoglobulinas son glucoproteínas constituidas por cuatro cadenas peptídicas, dos cadenas pesadas (440 aminoácidos) idénticas y dos cadenas ligeras (220 aminoácidos) idénticas, unidas entre sí por puentes disulfuro, cuya estructura cuaternaria ofrece el aspecto de una “Y”, donde los brazos están conformados por la totalidad de la cadena ligera y la porción aminoterminal de la cadena pesada, mientras que la base sólo cuenta con las porciones carboxiterminales de las cadenas pesadas. En ambos tipos de cadenas el dominio globular localizado en el extremo aminoterminal se conoce como región o dominio variable, debido a que durante la inmunocapacitación los genes que codifican esta región sufren recombinación, ofreciendo una alta variabilidad en la secuencia peptídica de estas regiones y los demás dominios globulares se conocen como regiones constantes, por lo que la cadena ligera cuenta con una región variable y una constante, mientras que la cadena pesada con una región variable y tres constantes, de tal manera que en la punta de ambos brazos de la “Y” se localizan dos regiones variables (VH, región variable de la cadena pesada y VL, región variable de la cadena ligera), que conjugadas conforman el sitio

■ Tejido y órganos linfoides

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de reconocimiento antigénico, por lo que cada inmunoglobulina cuenta con dos sitios de reconocimiento antigénicos idénticos. Por otra parte, las cadenas pesadas de las inmunoglobulinas en la porción intermedia cuentan con una secuencia peptídica muy flexible que se conoce como región bisagra, esto le permite a la molécula de la inmunoglobulina acercar o alejar sus sitios de reconocimiento antigénico y, en consecuencia, entrecruzarse, por ejemplo con antígenos contiguos o separados en la superficie de un patógeno. En forma característica, de acuerdo con el tipo de estímulo y momento fisiológico, en un linfocito se pueden activar distintos genes que codifican para cinco cadenas pesadas distintas —alfa (α), delta (δ), épsilon (ε), gamma (γ) y mu (μ)—, de modo que son capaces de producir IgA, IgE, IgD, IgG e IgM, respectivamente; las características funcionales de cada inmunoglobulina se resumen en el cuadro 8-1. Aquellas inmunoglobulinas que por su secuencia peptídica se mantienen ancladas a la membrana plasmática funcionan como receptores, por lo que se les conoce como receptor de células B (BCR), mientras que aquellas inmunoglobulinas que son secretadas por los linfocitos diferenciados en células plasmáticas se les conoce como anticuerpos. Desde el punto de vista funcional, los anticuerpos cuentan con dos regiones distintas, la fracción de unión de antígenos (Fab) que de acuerdo con la secuencia peptídica de los dominios variables, le otorga la especificidad a la extremadamente alta diversidad de antígenos, y se localiza desde la región bisagra hasta los dominios variables en ambos brazos de la “Y”; mientras que a la porción localizada de la región bisagra hacia la base del anticuerpo, se le conoce como fracción cristalizable (Fc) constituida sólo por dos dominios constantes de cada cadena

Cuadro 8-1 Características generales de las inmunoglobulinas

Clase de anticuerpo

Cadenas pesadas

Cadenas ligeras

Formas solubles

% en sangre

Activa el complemento

Atraviesa la placenta

Unión a fagocitos

Unión a basófilos y mastocitos

Localización

IgA

alfa

Monómero o dímero

15

—

—

—

—

Secreciones

IgD

delta

Monómero