Virus y cavidad Oral: Virus del Papiloma Humano

El virus del papiloma humano pertenece a la familia de los virus papoviridae. Existen alrededor de doscientos tipos distintos que la conforman. Muchos de estos virus cohabitan de manera natural al ser humano;  de estos, se calcula que el 60% de los virus son cutáneos y el 40% restante son mucosos, por lo que su principal célula blanco que infecta son células epiteliales de la dermis.

Estructura molecular de la cápside del virus del papiloma humano-16 (Fuente)

Como  características moleculares, estos son virus no envueltos, consituidos  por una cápside icosaédrica  que en su interior tienen como material genético ADN bicatenario.

Cuando ingresan a la célula  que infectan y llegan hasta su núcleo su ADN viral puede   ser tanto integrado al genoma del huésped como  mantenerse en forma de episoma.

Las verrugas y acondilomas son un signo común de la infección por VPH,  y la gran mayoría no representa mayor consideración. Sin embargo, algunos tipos (VPH-16 y VPH-18) se han relacionado con el desarrollo de cáncer: específicamente cáncer cervico-uterino así como de cabeza y cuello (de cavidad oral, orofarínge y garganta) siendo un medio de transmisión la práctica de sexo oral.

Dos proteínas codificadas por su genoma, E6 y E7, son las responsables de bloquear el fenómeno apoptosis o  muerte celular programada, lo que conduce a una división y crecimiento celular incontrolado.

Epidemiológicamente, se ha demostrado que en los últimos años ha existido una disminución en los casos de cáncer cervicouterino, sin embargo, se ha incrementado sustancialmente los de cáncer bucal, orofaríngeo y de garganta tanto en hombre y mujer, posiblemente por el incremento en las infecciones por dicho virus.

El VPH-6 y VPH-11 se consideran virus de bajo riesgo, que pueden conducir a displasia cervical, verrugas genitales y papilomatosis respiratoria, y generalmente no se convierten en malignidades. Por otra parte, el VPH-16 y VPH-18 si se asocian al desarrollo de malignidades como cáncer anal, cervicouterino y de cabeza y cuello (bucal, orofaríngeo y de garganta), pero es importante recalcar que no todas las infecciones por estos virus persistirán o evolucionarán a neoplasias malignas. Otros tipos de VPH, como  VPH-13 y VPH-32, se han vinculado al desarrollo de hiperplasia epitelial focal en cavidad oral.

El riesgo relativo de desarrollar estos tumores malignos se incrementa si además de infección crónica,  la persona también tiene hábitos como consumo de alcohol y tabaco.

Como herramientas al diagnóstico clínico de este virus se emplean técnicas de citología, PCR e inmunohistoquímica, siendo la primera ideal, pues tiene tanto una alta sensibilidad como especificidad, por su parte, la inmunohistoquímica, a pesar de ser una técnica muy sensitiva tiene poca especificidad.

Hasta el momento no hay un tratamiento factible para el VPH, solamente la remoción quirúrgica en el sitio donde se presente la infección (p. ej: verruga) pero si hay medidas preventivas, pues se han desarrollado dos vacunas contra la infección de alto riesgo (VPH-16 y VPH-18). En México, se administra (en el esquema de vacunación nacional) a niñas de 11 años (en dos dosis), la cual protegen contra las infecciones de alto y bajo riesgo y por lo tanto contra el  desarrollo de cáncer cervicouterino y los tumores mencionados en vía aéreas superiores.

Fuentes:

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Langlais R. P., y cols. Atlas a color de enfermedades bucales. Ed. Manual Moderno

http://www.gob.mx/salud/articulos/vacunas-contra-el-virus-del-papiloma-humano-vph?state=published

Genden E. M., HPV-Associated Oral and Throat Cancer: What you need to know. Curso en línea en plataforma Coursera. 2016

Virus y cavidad oral: Citomegalovirus y Virus de Epstein-Barr

Estos herpesvirus humanos, al igual que otros, tienen la capacidad de establecer infecciones largas y persistentes en el huésped sin causar enfermedad (a lo que se conoce como latencia). Sin embargo, cuando existe ya sea por infección primaria o secundaria (reactivación del virus)  pueden tener a lugar manifestaciones orales, por lo que es importante para el clínico odontológico tener conocimientos generales sobre ellos.

En el caso  del  Virus de Epstein-Barr (VEB), la presencia de manifestaciones generalmente son por reactivación (infección secundaria) de la infección latente, mientras que las de los citomegalovirus (CMV) son ya sea por infección primaria o por reactivación en el huésped susceptible.

Citomegalovirus

Este virus es clasificado como herpesvirus humano-5, el cual es un virus envuelto, con una cápside icosaédrica, ADN bicatenario lineal (con una longitud de 235 kB, por lo que se considera la secuencia más larga entre los her-

Estructura del citomegalovirus. Es un virus envuelto con un genoma de ADN muy extenso, presente en una cápside icosaédrica. (Fuente)

pesvirus humanos), dentro de los productos que codifica este genoma esta incluida la glicoproteína B (gB), responsable de su patogenicidad (factor de virulencia), pues participa en los procesos de unión, penetración y diseminación del CMV.

Es considerado un virus de muy fácil contagio que puede ser transmitido a través de biofluidos como saliva, orina, leche materna, secreciones pulmonares y semen, además  de procedimientos como transfusión sanguínea y transplante de órganos.

Se considera que entre el 60-70% de la población mundial esta infectada por dicho virus, aunque en la mayoría permanece en su forma latente.  Asimismo, se ha calculado que entre el 11-24% de la población pediátrica que acude a consulta médica o dental, tiene presencia de este virus en saliva.

El CMV tiene un alto tropismo (afinidad a tejidos u órganos), por lo que puede permanecer latente en muchos órganos y células como las del tejido conectivo, vasos del endotelio, células mononucleares, leucocitos y células epiteliales.

La infección primaria puede ser asintomática o causar una enfermedad parecida a mononucleosis infecciosa.

Se puede hacer diagnóstico serológico, para detección de anticuerpos IgG e IgM; inmunohistoquímica,  PCR de fluido amniótico (en caso de sospecha de transmisión madre-feto), y cultivo celular (mediante la inoculación in vitro de fibroblastos).

El tratamiento antiviral, sobre todo en sujetos con infección secundaria post-transplante, es ganciclovir, aunque también existen algunos otros medicamentos disponibles como valganciclovir, foscarnet, etc.

Virus de Epstein-Barr

El VEB se clasifica como herpesvirus humano 4 (HVH-4), y es un virus envuelto, con cápside icosaédrica, ADN bicatenario lineal, y con una longitud de 184 kB. Varias de las proteínas que codifican su genoma son factores de virulencia, como las glicoproteínas B, H y L (gB,gH y gL).

Estructura del virus de Epstein-Barr e infección de células B, T y epiteliales. (Fuente)

Al igual que en CMV su transmisión puede ocurrir mediante biofluidos como saliva, orina, leche materna y otras secreciones durante el contacto sexual, transfusión sanguínea, pero también, por la compartición de alimentos y utensilios con personas infectadas. De hecho, el contacto oral con saliva es la ruta más común de contagio.

Se calcula que entre el 80-90% de la población mundial adulta (35-40 años)  esta infectada con el VEB, por lo que se considera el virus más común entre la población.

Otra de sus características moleculares es que puede infectar y establecer latencia en células como linfocitos B, T y células epiteliales, sin embargo, son los linfocitos B  indispensables para su replicación.

La infección primaria puede ser asintómatica o causar mononucleosis infecciosa (comúnmente conocida como enfermedad del beso).

También puede manifestarse enfermedad en gente inmunocomprometida como aquellos pacientes con SIDA y gente que ha recibido transplante y donde se tuvo que administrar inmunosupresores para evitar el rechazo al mismo.

Se  ha asociado  la infección  de este virus con distintos tipos de linfomas y  carcinoma nasofaríngeo, y aunque no es la única causa de estos cánceres, se considera que si puede participar de manera relevante en su desarrollo. En cavidad oral, se ha asociado al desarrollo de  leucoplasia vellosa.

Los tratamientos para el VEB van dirigidos a reducir los síntomas; no hay una cura definitiva, ni vacuna desarrollada hasta el momento contra el virus.

Para establecer el diagnóstico de infección se puede hacer análisis serológicos para detección de anticuerpos y utlizar técnicas como inmunohistoquímica.

Se hipotetiza que tanto el VEB como el CMV pueden participar en distintos tipos de enfermedad periodontal. Sin embargo, aún existe un escepticismo generalizado, pues no se ha caracterizado un mecanismo causal, a través del cual esto podría ocurrir.

Modelo propuesto para la relación entre la infección por CMV y la «ruptura» periodontal. Células infectadas con este virus pueden llegar al tejido conectivo del periodonto, donde ocurrirá la reactivación y/o se establecerá latencia viral, infectado a otras células como inflamatorias y gingivales. Posteriormente, se dará la liberación de citocinas proinflamatorias y el incremento en la susceptibilidad de la perdida de los tejidos de sorpote del diente. (Fuente)

Fuentes bibliográficas

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Citomegalovirus in post-transplant patients. Microbe Wiki.  https://microbewiki.kenyon.edu/index.php/Cytomegalovirus_in_post_transplant_patients#CMV_virology

Sistema del complemento

El sistema del complemento (SC) esta constituido por un grupo de más de 40 proteínas plasmáticas, que son sintetizadas en forma de precursores inactivo en el hígado y que participan en la inmunidad innata, además de promover la respuesta adaptativa mediante diferentes procesos. La activación de estas proteínas ocurren mediante 3 diferentes vías, que convergen en la escisión del componente 3 (C3) del complemento. Mediante el SC  se puede combatir a los patógenos al  recubrirlos y marcarlos (opsonización) para su fagocitosis; también sirve para la  formación de  poros en sus superficies que conduce a que se «hinchen» al llenarse fluido externo y finalmente exploten (complejo de ataque de membrana), además de que puede actuar como un sistema que a la par de estos procesos incremente la respuesta inflamatoria. El SC funciona de manera secuencial, lo que produce una serie de reacciones en cascada.

Las 3 vías por las cuales las proteínas del complemento son activadas son: la clásica, alternativa y la de las lectinas. Las 3 pueden conducir a la formación de complejos enzimáticos denominados C3 convertasas y C5 convertasas.

Vía clásica

En la vía clásica participan las proteínas C1q, C1r, C1s, C4, C2. Esta vía puede ser activada por la formación de un complejo antígeno-anticuerpo. Al darse este reconocimiento se dará una cascada de eventos que conducirán a la destrucción del agente patógeno.

Cuando se da el reconocimiento del antígeno por medio de anticuerpos el complejo 1 (C1) puede a su vez unirse al anticuerpo.El C1 se compone de la unión de varias subunidades proteicas:

Estructura del C1. Se muestra este complejo ensamblado con sus subunidades correspondientes.

• 6 moléculas de C1q
• 2 moléculas de C1s
• 2 moléculas de C1r

La región constante de ciertos anticuerpos (Ig M o IgG) pueden unirse a la molécula C1q de complejo C1. Esto conducirá a la activación de C1s y C1r. C1s es una serin-proteasa que puede activar a las proteínas  C2 y C4 del complemento. Cuando C2 y C4 son escindidos y, por lo tanto, convertidos a sus formas activas (C2a, C2b; C4a, C4b, respectivamente), C4b y C2a se asocian para formar un complejo enzimático. El complejo C4b.C2a también denominado C3 convertasa tendrá como actividad catalítica escindir para activar a la proteína C3 (Figura 2).

C3 es la proteína más abundante del sistema del complemento y cuando es escindida se forman sus productos activos. La C3 convertasa actúa como una serina proteasa que hidroliza C3 en dos subunidades: C3a y C3b, mismas que son funcionales y que pueden llevar a cabo los siguientes procesos mencionados.

C3a es una anafilotoxina que estimula a mastocitos y otras células para que liberen mediadores de la inflamación como histamina.

C3b puede unirse a la membrana celular de ciertos patógenos para funcionar como una opsonina. Mediante la unión covalente a glicoproteínas de membrana, C3b favorece el reclutamiento de células fagocíticas para la eliminación del patógeno.

La opsonización es un proceso por medio del cual las proteínas del complemento recubren la superficie externa de los patógenos lo que permite la fagocitosis de manera más fácil, pues algunas células fagociticas, como macrófagos y neutrófilos, contienen receptores especiales que reconocen a las opsoninas.

Figura 2. Función de la C3 convertasa. Dicha enzima  (constituida por las subunidades C4b.C2a) puede escindir a la proteína C3 en sus formas activas, C3a, que tendrá una función estimulando a eosinófilos y mastocitos y C3b, que puede ser una opsonina para que se lleve a cabo el proceso de fagocitosis.

C3b puede dar lugar a la formación de la convertasa de C5.

Asimismo C3b puede tener otras funciones, como ser parte de  la convertasa C3/C5. Al unirse como C4b y C2a (Figura 3),  tiene a  lugar a la formación de una convertasa que aparte de poder seguir convirtiendo a C3 en sus formas activas, también podrá escindir a C5 en sus formas activas, C5a y C5b,  los cuales tendrán efectos sucesivos en la respuesta inmunitaria (ver más adelante).

Figura 3. Formación de la C3/C5 convertasa.

Vía alternativa

La vía alternativa la constituyen y llevan a cabo principalmente el Factor D, Factor B, Properdina y C3b (Figura 4).

La vía alternativa inicia cuando C3b se asocia con el Factor B (Bb) y el Factor D para formar en complejo C3bBb que también se denominará C3 convertasa. 

Sin embargo, la vía alternativa también puede formar otra convertasa, en este caso utilizando Properdina. Al asociarse C3b con el Factor B y Properdina forman otro tipo de C3 convertasa  que también se denomina C3bBb.

Figura 4. Vía alternativa del sistema de complemento. La asociación de C3b junto con el factor D y B puede dar al complejo C3bBb, así como también su asociación con el factor P y B. En ambos casos su función de dichos complejos es la formación de la C3 convertasa.

Esta vía es activada incluso en la ausencia del complejo antígeno-anticuerpo. De manera espontánea, la proteína C3 puede convertirse en C3a y C3b. Sin embargo, cuando se encuentra cerca de células sanas puede ser inactivada al unirse a su membrana plasmática.

El complejo C3bBb es una convertasa C3 y puede actuar en moléculas C3 para formar el complejo C3BbC3b que activa a C5, de tal manera que C5b puede formar el MAC. Asimismo este complejo puede actuar en C3b, lo que amplifica la respuesta.

Vía de las lectinas

En la vía de las lectinas participan proteínas como la lectina de unión a manosa (MBL), Ficolina, MASP-1, MASP-2 (Serin proteasa asociada a manosa 1 y 2),  C4 y C2.

En esta vía, la Ficolina puede unirse a oligosacáridos con manosa presentes en la superficie de patógenos como bacterias, hongos, protozoarios y virus, asociándose con MASP-1 y MASP-2.

La MBL reconoce de manera específica residuos de manosa (carbohidrato), también de la superficie bacteriana y  que al igual que la ficolina se puede asociar a MASP-1 y MASP-2.

Esencialmente, estos complejos  formados catalizan la formación del complejo C3 convertasa (C4bC2a), por lo que tiene una función similar a la vía clásica, a pesar de tener procesos de formación diferentes.

Figura 5. Vía de las lectinas de unión a manosa.

Función de C5a y C5b en la inmunidad innata

Mientras que C5a puede incrementar la inflamación y actuar como agente quimiotáctico  (lo que significa que puede atraer células inmunitarias como neutrófilos), C5b sirve como la base para formar el MAC. Uniéndose a C6, C7 y C8  forman el complejo C5b.C6.C7.C8 el cual recluta a  moléculas de C9 para que se unan a la membrana de la célula patogénica lo que forma un canal que lleva al llenado de la bacteria con fluido y eventualmente causa su lisis.

Regulación del sistema del complemento:

Varias proteínas son utilizadas para regular la cascada del complemento. El factor I inactiva a C3b, mientras que el factor H remueve la proteína Bb del complejo mencionado. El inhibidor de C1 se une al complejo C1 e inhibe la activación de C2 y C4.

Sistema del complemento y periodontitis

En personas sanas, se ha observado que existen bajos o ausentes niveles de componentes activados del complemento en el líquido crevicular gingival, pero en presencia de periodontitis (grupo de enfermedades inflamatorias que afecta los tejidos de soporte del diente) se han encontrado concentraciones altas de C1q, Factor B, Factor Bb, C3, C3a, C3b, C3c, C3d, C4, C5,C5a, C5b y C9 tanto en la superficie de bacterias subgingivales como libre en el mismo fluido. El incremento de esta activación local, tiene como consecuencia el incremento de la respuesta inflamatoria local que resulta en un incremento de la permeabilidad vascular, la vasodilatación y el reclutamiento de células inflamatorias (figura 6), lo que resulta en una liberación excesiva de especies reactivas del oxígeno, enzimas proteolíticas e interleucinas.

Figura 6. Células inflamatorias, como neutrófilos son «atraídos» al surco gingival en respuesta a las señales quimiotácticas como la de la anafilatoxina C5a del complemento (Imagen tomada de:  Biochem Pharmacol. 2010 Dec 15; 80(12):1992-2001.)

Asimismo se ha descrito que bacterias patogénicas orales tienen mecanismos para evasión de estas respuestas del SC principalmente mediante tres estrategias: (1) Mediante la inactivación proteolítica de los componentes; (2) por medio del reclutamiento de reguladores inhibidores del complemento y (3) secuestrando a los reguladores de los inhibidores del SC.

Referencias:

Peter Parham. Inmunología. 4a Edición. Ed. Manual Moderno. 2016. pp. 64-65

Damgaard C, et al. The complement system and its role in the pathogenesis of periodontitis: current concepts. J Periodont Res 2015.

Material adicional: 

-En este link puedes encontrar una animación (en inglés)  sobre el sistema del complemento.

– Artículo de revisión sobre la vía clásica y de la lectina del sistema de complemento.

Ciclo de la Urea

Cuando se lleva acabo el metabolismo de los aminoácidos se da la producción de amonio (NH4+), el cual es tóxico para los organismos (por ejemplo, puede causar quemaduras en epitelio pulmonar, daños en el cerebro,  su incremento  en sangre puede conducir a coma y convulsiones, etc.), por lo que tiene que ser eliminado del organismo. Sin embargo, en humanos el amonio no puede ser excretado adecuadamente por lo que tiene que ser convertido en urea,  la cual es una molécula soluble en agua y menos tóxica para el organismo y que puede ser fácilmente eliminada por medio de la orina.

La ruta por medio de la cual se convierte el amonio en urea se denomina el ciclo de la urea y tiene a lugar principalmente en el hígado (aunque también se ha identificado puede llevarse a cabo, en menor medida, en el riñon). En específico, el ciclo de la urea se lleva a cabo en parte en el citosol y en la mitocondria (Fig. 1).

Figura 1. Esquema general del ciclo de la urea. Se muestran los intermediarios formados dentro del ciclo, así como la localización de las reacciones mitocondriales y citosólicas. Es de notar que se identifica el nitrógeno que proviene del carbamoil fosfato y del aspartato para formar a la urea que eventualmente será eliminada. No se muestran las enzimas que catalizan las reacciones.

El amonio es producido en la mayoría de las células

Cuando ocurre el metabolismo de aminoácidos, se da su desaminación. En dietas ricas en proteínas los aminoácidos pueden ser utilizados para la obtención de energía o sus esqueletos de carbono utilizados como precursores de formas de almacenamiento como glucógeno y lípidos (aminoácidos cetogénicos y glucogénicos). Cuando ocurre dicha condición los aminoacidos son desaminados por medio de enzimas conocidas como transaminasas.  Dicho grupo amino es transferido a moléculas de alfa-cetoglutarato para convertirlo en glutamato (aminación reductiva). La enzima que cataliza dicha reacción es la glutamato deshidrogenasa. Dicha reacción requiere de la coenzima NADPH como agente reductor.

alfa-cetoglutarato + amonio + NADPH –> glutamato + NADP+

El glutamato puede ser catalizado hacia glutamina. Al glutamato formado se puede transferir otro grupo amino por medio de la enzima glutamina sintetasa, la cual requiere (1) ATP. El producto final formado es glutamina la cual a diferencia del glutamato cuenta con dos grupos aminos (el glutamato solo tiene 1). Como subproductos de dicha reacción se da la síntesis de ADP y ácido fosfórico (H3PO4).

El glutamato (glu) y glutamina (gln) son las formas en la cual se transportan los nitrógenos hasta el hígado.

Para llevarse a cabo el ciclo de la urea el glutamato y la glutamina (que llevan consigo a los nitrógenos) son enviados hasta el hígado y una vez que se encuentran en dicho órgano serán nuevamente desaminados con el objetivo de enviar el amonio a la mitocondria. Otro aminoácido por medio del cual transportado el exceso de amonio es la alanina, la cual ya en el hígado puede entrar al ciclo de la glucosa-alanina.

El amonio (NH4+) en la mitocondria es condesando con una molécula de dióxido de carbono (CO2) por medio de la enzima carbamoil fosfato sintetasa I (CPTI), la cual requiere del consumo de (2) ATP para llevar a cabo la reacción. El producto final formado es carbamoil fosfato, que lleva el grupo amino y un grupo fosfato transferido a partir de un ATP.

Amonio + CO2 + (2) ATP –>  Carbamoil fosfato + (2) ADP + Pi

Aunque la CPTI no se considera propiamente una enzima del ciclo de la urea, es la enzima que regula dicha ruta (paso de compromiso) y por lo tanto la que dictará la frecuencia con la que se llevará a cabo el ciclo.

Para llevar a cabo el ciclo de la urea se necesita transportar citrulina al interior de la mitocondria. 

La citrulina es un aminoácido no codificante (no hay triplete en el código genético que codifique para el) que se encuentra en el citosol. Dicha molécula debe ser transportado a la mitocondria por medio de su transportador específico.

La primera reacción del ciclo de la urea es la transferencia del carbamoil a la citrulina y ocurre en la mitocondria.

La ornitina transcarbamilasa es la enzima que cataliza la primera reacción del ciclo de la urea, la cual consiste en la transferencia del grupo carbamoil (del carbamoil fosfato) a la ornitina. Como resultado de esta reacción se forma citrulina y se deja libre fosfato inorgánico.

carbamoil fosfato + ornitina –> citrulina + Pi (fosfato inorgánico)

La citrulina es enviada al citosol para catalizar la segunda reacción del ciclo.

La molécula de citrulina formada es tranportada al citosol por medio de su transportador y una vez en el citosol es condensado con aspartato (Asp) para formar arginino-succinato. Dicha reacción es catalizada por la enzima arginino succinato sintasa, la cual forma  primero activa a la citrulina para formar citrulil-AMP, para posteriormente desplazar al AMP y dejar formado el producto final mencionado.

citrulina + ATP –> citrulil-AMP + ADP + Asp  –> arginino succinato + AMP

La tercera reacción del ciclo de la urea es la conversión del arginino succinato en arginina

Recordemos que el argino succinato lleva en su esqueleto los nitrógenos (provenientes del amonio) que buscan eventualmente eliminarse en forma de urea. La enzima arginosuccinasa escinde el arginino succinato en fumarato y arginina. Esta última molécula (que es un aminoácido) seguirá en el ciclo de la urea, mientras que el fumarato puede ser vuelto a convertir en aspartato.

argininosuccinato –> fumarato + arginina

La cuarta reacción del ciclo de la urea es la conversión de la arginina en urea y ornitina

La última reacción del ciclo es la hidrólisis de la argina en urea y ornitina. Esta reacción es catalizada por la enzima arginasa. Dicha reacción involucra una deshidratación. La ornitina formada podrá volver a entrar a la mitocondria para empezar nuevamente el ciclo, mientras que la urea dejará el hígado para ser filtrada y eliminada por la orina.

Como se mencionó, la CPTI es la enzima que cataliza el paso de compromiso del ciclo de la urea. Dicha enzima tiene como regulador alostérico la molécula de N-acetilglutamato.

 Pacientes con trastornos del metabolismo del nitrógeno en consulta dental

(Nota: La información mencionada no debe tomarse como consejo médico o dental. Su único fin es educativo)

En desordenes del ciclo de la urea pueden estar involucradas deficiencias en la actividad de las enzimas que participan durante dicho proceso ya sea debido a problemas congénitos (defectos a nivel genético) o asociados a enfermedades y condiciones como cirrosis alcohólica crónica o falla hepática.

La hiperamonemia es el incremento sanguíneo de amonio en el torrente sanguíneo y se considera un síntoma de alteraciones en el metabolismo del nitrógeno. Debido a sus implicaciones tóxicas para órganos, como el cerebro, la administración de ciertos medicamentos, una dieta alta en proteínas, ejercicio excesivo, procedimientos quirúrgicos o traumáticos pueden desencadenar síntomas como confusión mental, ataques convulsivos y ataxia (dificultad para coordinar movimientos).

Existe evidencia que el daño tisular excesivo en procedimientos quirúrgicos puede contribuir a la hiperamonemia, por lo que debe tenerse en consideración al realizar cualquier procedimiento quirúrgico dental en pacientes con algún trastorno del metabolismo del nitrógeno o en aquellos en los que se sospecha de dicha condición (p. ej: pacientes con cirrosis). Es importante mantener una buena oxigenación del paciente pues el incremento en el esfuerzo de inhalación esta relacionado con una alta demanda calórica, lo que incrementa el catabolismo y por lo tanto puede inducir  hiperamonemia.

Muchos medicamentos son metabolizados mediante enzimas hepáticas por lo tanto, dichos fármacos pueden tener efectos hepatotóxicos en sujetos con trastornos del metabolismo del nitrógeno. El acetaminofen (Tylenol) debe ser evitado y se deben utilizar otras alternativas como Ibuprofeno. Por su parte, debe considerarse que algunos medicamentos como el ácido valproico y corticoesteroides pueden incrementar el catabolismo de proteínas y por lo tanto inducir un estado hiperamonémico.

Anestésico como lidocaína y mepivacaína (como anestésico local) no tienen contraindicaciones en dichos pacientes, aunque se recomienda el ajuste de la dosis en sujetos con falla hepática. Debido a que no existe evidencia científica respecto a otros anestésicos, como articaína, los comerciantes suelen recomendar evitar su uso en pacientes como daños hepáticos severos.

Bibliografía:

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Mehta, N., Chatterjee K. P., Holder R., Preucher V.H.,  Urea cycle disorder -argininosuccinic lyase deficiency. Spec Care Dentist 32(4): 155-159, 2012

Generalidades de inflamación

La inflamación es una respuesta biológica compleja  montada por los tejidos del cuerpo contra estímulos nocivo o infecciosos, como patógenos, células dañadas o irritantes. Debido a su inespecificidad se considera parte la inmunidad innata y dentro de sus principales objetivos esta el destruir e inactivar cualquier patógeno así como  reclutar células inmunitarias en el sitio de infección. Los procesos inflamatarios son dennotados por el sufijo «itis» (uretritis, artritis, gingivitis, periodontitis).  En la inflamación participan componentes celulares (granulocitos, monocitos/macrófagos, fibroblastos, plaquetas, etc.), mediadores derivados de células (p. ej: citocinas proinflamatorias, histaminas) y mediadores derivados de plasma (sistema del complemento, sistema calicreína). Los signos clásicos de la inflamación son: rubor (enrojecimiento), calor  (temperatura), dolor, edema (hinchazón) y pérdida de la función (usualmente cuando la inflamación es crónica).

La inflamación puede ser clasificada como aguda y crónica. La primera es la rápida respuesta inicial, donde se da la acumulación de leucocitos, proteínas plasmáticas y líquido derivado de la sangre. Durante esta, los neutrófilos son las principales células reclutadas, aunque no las únicas.  Cuando se prolonga esta respuesta se establece su cronicidad, que conduce a un cambio de las células presentes en el sitio de infección, como incremento en la presencia de linfocitos y macrófagos, pero también se da de manera simultánea la reparación y destrucción del tejido en el sitio donde ocurre (Figura 1). Además se puede dar fibrosis y sobreproducción de tejido conjuntivo. Asimismo la inflamación crónica puede conducir al establecimiento de enfermedades autoinmunitarias.

Figura 1. Inlamación aguda y crónica. La gingivitis (izquierda) es una enfermedad inflamatoria aguda del periodonto como respuesta a las bacterias del biofilm, si el estímulo nocivo persiste (crónicamente), la gingivitis puede pasar a periodontitis (izquierda) donde  se da una pérdida de los tejidos de soporte del diente (como hueso y colágena) debido a la sobre respuesta inmunitaria que se esta llevando a cabo contra los microorganismos persistentes. (Fuente: Journal of Oral Microbiology 2011, 3: 5304)

 

¿Qué sucede durante la inflamación?

Cuando un patógeno ha superado las barreras físicas y químicas y se infiltra en tejidos subyacentes, se da una serie de reacciones  producto de la interacción entre las células de la inmunidad innata residentes (macrófagos, mastocitos, células dendríticas, etc.) y el patógeno. Sin embargo, no se trata de procesos secuenciales, sino de varias respuestas que se dan prácticamente al mismo tiempo con el objetivo de hacer frente al patógeno (Figura 2).

El invasor presenta patrones moleculares asociados a patógenos (PAMPs)  que pueden ser reconocidos por células inmunes residentes en los tejidos, por medio de sus receptores de reconocimiento de patrones PRRs.  Los macrófagos que reconocen a las células inmunitarias por medio de interacción PAMPs-PRRs liberarán citocinas, que son moléculas mediadoras de la inflamación, en particular se da la liberación de TNF (Factor de necrosis tumorar), IL-1 (interleucina-1) e IL-6 (Interleucina-6). Estas citocinas tendrán efectos locales y sistémicos. Localmente, promoverán la inflamación, vasodilatación y reparación de los tejidos. Sistémicamente, causarán fiebre, leucocitosis y producción de (proteínas) reactantes de fase aguda (como proteína C reactiva, fibrinógeno y amiloide sérico componente P, entre otros). Sin embargo, también pueden ocasionar algunos otros efectos indeseados como reducción de la función cardíaca, trombosis y resistencia a la insulina. Dichas respuestas indeseadas están mediadas principalmente por el TNF.

También durante la inflamación células como mastocitos, basófilos y eosinófilos liberarán histamina, la cual causa vasodilatación e incremento en la permeabilidad vascular. Dicha vasodilatación causará un incremento en el flujo sanguíneo de los vasos subyacentes al sitio de infección, lo que favorecerá la migración de células inmunitarias por medio de diapedésis así como el paso de mediadores inflamatorios derivados de plasma (como el sistema de complemento).  Los mastoscitos, a pesar de no ser células fagocíticas, son muy importantes en la promoción de la respuesta inmune local. Algunos de los efectos secundarios e indeseados de la histamina son la broncoconstricción, taquicardia, dolor de cabeza e hipotensión.

Los neutrófilos son las células que se reclutan en mayor cantidad en los sitios de infección cuando se lleva a cabo la inflamación aguda. Al migrar a los tejidos  reconocen a los agentes patógenos mediante la interacción PRRs-PAMPs para llevar a cabo el proceso de fagocitosis. También se ha identificado que pueden utilizar otros mecanismos, auxiliados por opsonización y expulsando su contenido (ADN y gránulos) para atrapar a los patógenos y destruirlos.

Los monocitos circulantes al migar a los tejidos se diferencian hacia macrófagos y llevan a cabo su actividad fagocítica, ya sea mediante interacción directa PRRs-PAMPs  o auxiliados por el sistema de complemento. Además de eliminar a los agentes patógenos pueden realizar otras funciones como secretar más citocinas para seguir atrayendo células inmunitarias (función quimiotáctica) al sitio de infección pero también pueden producir factores de crecimiento que  tienen como diana fibroblastos y células endoteliales que participaran en la reestructuración de los tejidos. Asímismo los macrófagos pueden eliminar a las células que han sufrido apoptosis al reconocer mediante sus receptores a los DAMPs (Patrones moleculares asociados a daño).

Mediante el sistema de complemento puede incrementarse la actividad fagocítica y la promoción de la inflamación. El sistema de complemento que pertenece a los sistemas solubles de la inmunidad puede migrar al sitio de infección para en conjunto con anticuerpos llevar a cabo la opsonización o lisis de los agentes patógenos. Cuando se da el recubrimiento de los patógenos  por medio de opsonización, resulta más sencillo para los macrófagos o neutrófilos el reconocimiento del patógeno y por lo tanto su eliminación. También el sistema de complemento puede conducir a la lisis del patógeno cuando  forma el complejo de ataque a la membrana (MAC). Algunos componentes del sistema de complemento como C3a y C5a también son importantes en la promoción de inflamación y también funcionan como quimioatrayentes (para reclutar más células inmunitarias) así como también incrementar la permeabilidad vascular. Debido a que son quimioatrayentes también pueden promover la reparación (al reclutar fibroblastos).

El ácido araquidónico es un lípido de membrana que esta presente en células que participan en la inflamación y su oxidación puede derivar en moléculas proinflamatorias, como prostaglandinas y leucotrienos. Por ejemplo, células endoteliales, macrófagos y granulocitos pueden secretar prostaglandinas, la cual induce fiebre y dolor. Los leucotrienos  también son derivados del araquidónico y   trabajan como quimioatrayantes, además de que promueven el incremento de vascularidad.

Respecto a la reparación, cuando las citocinas son liberadas promueven la migración de fibroblastos, los cuales incrementarán su proliferación y síntesis de colágena. Además, si existió un daño a los vasos sanguíneos se promoverá también la cascada de coagulación.

Figura 2. Esquema general del inicio de la inflamación

Durante la inflamación también se da el inicio de la respuesta inmune adaptativa. Células presentadoras de antígenos como macrófagos y dendríticas además de fagocitar al patógeno, lo procesarán para presentar un peptído antigénico a linfocitos por medio del MHC II.  Adyacente a los tejidos se suelen encontrar ganglios linfáticos donde hay reservorios de células T y B vírgenes, pues nunca han sido expuestos a algún agente patógeno. Las células dendríticas pueden migran a estos lugares para presentarlos a las células B e inducir su diferenciación hacia células plasmáticas (productoras de anticuerpos) y células T cooperadoras y citotóxicas.

Metabolismo del calcio

El calcio y fosfato son elementos muy importantes pues participan en la homeostasis de los organismos, por lo que es vital la regulación de sus concentraciones. Por ejemplo,  el calcio participa en la contracción muscular y conducción nerviosa, mientras que el fosfato es parte de los nucleótidos que consituyen al ADN o ATP. En la regulación del calcio y fosfato del organismo, existen 3 hormonas implicadas de manera relevante: hormona paratiroidea (paratohormona), calcitonina y calcitriol (forma activa de la vitamina D).

Tanto el calcio como el fosfato pueden ser ingresados a través de la dieta o  puedes ser liberados de lugares donde se almacenan como resultado de estímulos hormonales. En el organismo existen diferentes formas de almacenamiento del calcio y fosfato, sin embargo, la mayoría se encuentra en el tejido óseo constituyendo a la  hidroxiapatita (Ca10(PO4)6(OH)2).

En el plasma sanguíneo el calcio se encuentra en en forma libre ionizada, unido a proteínas y formando complejo con aniones (puesto que el calcio ionizado es un catión). Sin embargo, de las tres, solo la forma libre ionizada es la fisiológicamente activa. Las glándulas pituitaria, tiroides y paratiroides, los riñones, tracto gastrointestinal, hígado y piel, se encuentran entre los órganos y tejidos que participan en la regulación de dichos elementos.

Paratohormona

En la parte dorsal de la glándula tiroides existen cuatro lóbulos que constituyen a la glándula paratiroides. Cuando se disminuyen los niveles de Ca2+ plasmáticos, se estimula la liberación de la paratohormona (PTH),  la cual es una hormona peptídica ( de 84 aminoácidos). Dicha  hormona tiene como blanco a las células encargadas de la remodelación ósea (osteoblastos y osteoclastos), teniendo como como efecto global la  estimulación de  la resorción del hueso, promoviendo la liberación de  calcio y fosfato, e incrementando por lo tanto las concentraciones sanguíneas de dichos iones. Asimismo, la PTH tiene como diana las células renales, en las cuales activa a la a la enzima 1-alfa-hidroxilasa para que esta catalice la  conversión de la vitamina D en su forma activa, pues lleva a cabo la conversión de la 25-hidroxi-vitamina D (calcidiol) hacia 1-alfa,25-dihidroxicolecalciferol (calcitriol),  (forma activa de la vitamina D).

Figura 1. Blancos de la paratohormona. La PTH tiene como efecto en tejido óseo la liberación de calcio y fosfato proveniente de la disolución de la hidroxiapatita. Asimismo, en células renales estimula la conversión a la forma activa de la vitamina D, el calcitriol.

Función de PTH en hueso a detalle

Los osteoblastos y osteoclastos son células encargadas de la producción y degradación del tejido óseo (remodelación ósea). Los osteoblastos tienen en su superficie el receptor de la paratohormona, que al acoplarse desencadenan tres funciones principalmente: induce la  proliferación de los osteoblastos, estimula la expresión del ligando de Rank (RANKL) e inhibe la expresión de osteoprotegerina (OPG). En los osteoclastos por su parte se encuentra presente el receptor RANK, cuando dicho receptor se une con su ligando (RANKL) se estimula la proliferación de osteoclastos y su diferenciación. Además, el factor estímulante de colonias de macrófagos-granulocitos (M-CSF) puede acoplarse a otro receptor en los osteoclastos, denominado cFMS, mediante este mecanismo también se puede estimular los procesos mencionados previamente.

Cuando estos estímulos se llevan a cabo, los osteoclastos maduran y se vuelve multinucleados. Dichos osteoclastos maduros pueden liberar HCl- (ácido clorhídrico) en la superficie ósea, lo que promueve la disolución o  desmineralización del tejido,  liberando así a los iones de calcio y fosfato.

Figura 2. Relación de la PTH con la liberación de calcio y fosfato al promover indirectamente la actividad de los osteoclastos.

Calcitriol

En la piel constituyendo parte de nuestras membranas tenemos a lípido 7-Dehidrocolesterol, cuando los rayos UV del sol hacen contacto con esta molécula lo convierten a vitamina D3 (colecalciferol), el cual viaja hasta el hígado donde es metabolizado para ser convertido en 25-hidroxi-vitamina D (calcidiol); el calcidiol es enviado a los riñones donde se cataliza su conversión hacia calcitriol. El calcitriol tiene una serie de diferentes blancos como tejido óseo, al cual estimula para que libere Ca2+ y PO4-, así también inhibe la liberación de PTH a través de la paratiroides,  estímula al tracto gastrointestinal para que incremente la absorción de calcio y fosfato y estimula a las células renales para  que incrementen la reabsorción de calcio (Figura 2).

Figura 3. Efectos del calcitriol respecto a la regulación de calcio y fosfato y la inhibición de otras hormonas.

Calcitonina

Esta hormona peptídica  (constituida por solo 32 aminoácidos) es sintetizada por las células parafoliculares de la gándula tiroides. Tiene un efecto opuesto a la PTH, por lo que disminuye la concentración de Ca2+ sanguíneo. Su síntesis y liberación es estimulado por la grastrina (que es sintetizada por el duodeno, estómago y páncreas) así como por los incrementos en la concentración de Ca2+ sanguíneo.

Tiene efectos en varios tejidos diana. En el tracto gastrointestinal disminuye la absorción de calcio, en hueso inhibe la actividad de los osteoclastos y la reabsorción renal de Ca2+.

Figura 4. Función de la calcitonina. Esta péptido tiene una función antagonista a la paratohormona pues inhibe la reabsorción ranal de calcio así como su absorción gastrointestinal e inhibe la actividad de los osteoclastos, al mismo tiempo que promueva la de los osteoblastos.

 En resumen la vitamina D y PTH son hipercalcemiantes pues incrementan los niveles de Ca2+ sanguíneo, mientras que calcitonina es una hormona hipocalcemiante.

Osteoblastos, osteoclastos y enfermedad periodontal.

El hueso alveolar se encuentra en constante remodelación y el balance entre su formación-degradación se logra gracias a la función de la OPG secretada en gran cantidad por los osteoblastos, lo que permite que la perdida total de hueso se compense con la cantidad de hueso formado (homeostasis ósea). Sin embargo, enfermedades como la periodontitis pueden favorecer la pérdida de este balance, permitiendo la sobreexpresión de RANKL con respecto a OPG, lo que tienen como efecto indeseado una mayor actividad de los osteoclastos y por lo tanto, la pérdida del hueso que consituye al soporte de los dientes (Figura 5).

Figura 5. En condiciones inflamatorias como en la periodontitis, se puede perder el balance entre la formación y degradación del hueso, lo que conduce a la pérdida del tejido óseo de soporte.

Síntesis de ácidos grasos

La síntesis de ácidos grasos es una ruta metabólica de tipo anabólica y reductiva la cual ocurre en el citosol y es llevada a cabo por la enzima ácido graso sintasa. Para la síntesis del ácido graso, ácido palmítico (16:0) principalmente, se toma como sustrato acetil-CoA y malonil-CoA, así como también NADPH, el cual será utilizado como agente reductor (Figura 1).

¿Dé donde provienen los NADPH? Estas coenzimas pueden provenir  de la vía de las pentosa fosfato y como resultado del transporte del acetil-CoA al citosol.

Figura 1. Esquema general de la síntesis de ácido graso a partir de acetil-CoA. El agente reductor es NADPH y AS (Ácido graso sintasa) depende de fosfopanteteína para poder realizar su función.

La síntesis de ácidos grasos ocurre en tres etapas:

La primera etapa es el transporte de acetil-CoA de la mitocondria al citosol.

La segunda etapa es la activación del acetil-CoA a malonil-CoA. (Figura 2) El malonil-CoA es el principal donador de dos carbonos en la síntesis de ácidos grasos, la síntesis de dicha molécula resulta de la transferencia de un bicarbonato al acetil-CoA por la enzima acetil-CoA carboxilasa (ACC), la cual requiere de biotina como cofactor. Esta reacción se considera el paso comprometido de la reacción.

Figura 2. Activación de acetil-CoA a malonil-CoA. La ACC cataliza esta reacción transfiriendo un bicarbonato al acetil-CoA. Se requiere el consumo energético para poder llevar a cabo la reacción. 

La tercera etapa son las reacciones de síntesis de ácidos grasos. Básicamente son las reacciones opuestas de beta-oxidación, por lo que la primera reacción es de condensación, la segunda es la primera reducción, la tercera es la reacción de hidratación y la última reacción es la segunda reducción. Este proceso es cíclico y se lleva a cabo las veces necesarias hasta tener el ácido graso de determinada longitud.

La ácido graso sintasa es un complejo enzimático compuesto por tres dominios y varios sitios catalíticos. En la figura 3, se muestra el esquema sobre las partes que conforman a dicha enzima.

Figura 3.Estructura simplificada de la Ácido graso sintasa. Se muestran los 3 dominios que lo conforman y las subunidades catalíticas que llevan a cabo las reacciones mencionadas.

La proteína portadora de acilo (ACP) tiene una fosfopanteteína (derivado de la vitamina B) como grupo prostético. El sustrato será portado de sitio en sitio para llevar a cabo las reacciones de síntesis.

La acetil-transacilasa y la malonil-transacilasa unen el acetil y malonil respectivamente al grupo prostético de la ACP. Las dos transacilasas remueven la coenzima A (SH-CoA) de dichas moléculas y las une a la ACP. De esta manera se preparan a las dos moléculas para la síntesis del ácido graso (Fig 4 y 5).

Figura 4.Unión del acetil-CoA a la ACP. Dicha reacción involucra la liberación de la coenzima A y la formación de un enlace tioéster entre la ACP (a través de la fosfopanteteína) y el acetil.

Figura 5.Unión del malonil-CoA a la CPA. Durante dicha reacción reacción se da la liberación de la conezima A y se forma un enlace éster entre el malonil y la ACP.

La enzima condensante (Acil-Malonil ACP o cetoacil-sintasa) une propiamente el acetil y malonil (Figura 5). Durante esta reacción se libera elimina el enlace entre la ACP y el malonil y este es condensado con el acetil-ACP. El malonil también es descarboxilado para donar dos finalmente dos carbonos al ácido graso en formación.De esta manera se sintetiza una molecula de 4 C, mediante una reacción de condensación, la molécula intermediaria que se forma se denomina beta-acetoacil-ACP.

Figura 5. Condensación del acil-ACP con el malonil-ACP para formar una molécula de cuatro carbonos. El malonil se condensa con acetil por medio de una reacción que involucra también la descarboxilación del malonil. 

En el segundo dominio se encuentra la beta-cetoacil-ACP reductasa donde se llevará a cabo la primera reducción. Una vez sintetizado el acetoacil es llevado al siguiente sitio para a partir de NADPH reducirlo y convertirlo en D-beta-hidroxibutiril-ACP por la enzima mencionada, dicha molécula pasó de ser una cetona (en el carbono beta) a ser un alcohol.

Figura 6. Primera reacción de reducción

En la beta-hidroxiacil-ACP-Deshidratasa se catalizará una reacción de deshidratación. La molécula hidroxibutiril-ACP se moverá a la siguiente subunidad para eliminar el alcohol de su carbono beta, liberando una molécula de agua, la molécula formada es un crotonil-ACP, que tiene un doble enlace entre el carbono alfa y beta.

Figura 7. Reacción de deshidratación. Entre el carbono alfa y beta se forma un doble enlace gracias a la liberación de una molécula de agua. 

En la subunidad enoil-ACP-reductasa se llevará a cabo la segunda reducción. El crotonil-ACP se mueve a la siguiente unidad y es reducido (a partir de NADHP) para ser convertido en Butiril-ACP, el cual es un pequeño ácido graso de cuatro carbonos unido a la ACP.

Figura 8. Segunda reacción de reducción. Se da una segunda reducción producto de la transferencia electrónica del NADPH.

Estos cuatro ultimos sitios mencionados estarán continuamente activos añadiendo cuatro carbonos durante el primer ciclo, y dos carbonos en cada ciclo posterior (mediante el ingreso posterior de malonil-CoA) hasta tener un ácido graso de 16 carbonos.

Cuando se forme un palmitato (16 C) la tioesterasa presente en el tercer dominio cortará el enlace tioéster entre el palmitato-ACP recién formado y la fosfopanteteína de la ACP, liberando por lo tanto el palmitato de la ácido graso sintasa, hacia el citosol.

Mecanismos de la inmunidad innata

La inmunidad innata o también denominada no específica,  comprende a los tejidos, células, moléculas y sus procesos o mecanismos por los cuales se hace frente, de manera inmediata, a los agentes patógenos que buscan invadir o infectar al huésped. Esta inmunidad es la primera en hacer frente a cualquier patógeno, aunque no otorga una defensa de larga duración, ni crea memoria inmunológica, además es inespecífica e independiente del antígeno.

Las funciones y actividades principales del sistema inmunitario innato son:

Actuar como una barrera física y química. Las barreras físicas son el primer impedimento que se encuentran los patógenos al intentar ingresar al huésped. Están constituidas por la piel, epitelios y mucosas del tracto gastrointestinal (incluida la boca), respiratorio, genitourinario. Gracias a la descamación de las  células epiteliales se pueden remover a microorganismos, pero también, la piel también contiene glándulas que secretan ácidos grasos, los cuales crean un ambiente donde una variedad de microbios no pueden sobrevivir. Las células calciformes, que se encuentran en el tracto respiratorio y digestivo, producen moco que atrapa a los microorganismos y gracias a los movimientos peristálticos y al de   los cilios presentes en las  células en el tracto gastrointestinal se puede dar rápidamente la eliminación de virus y bacterias. Biofluidos como saliva, secreción nasal, orina, lágrimas sirven para enjuagar a los órganos y tejidos que los circunscriben y son ricos en enzimas y péptidos antimicrobianos que ayudan a evitar o restringir la colonización de los microbios ya sea participando directamente en su degradación o secuestrando sus nutrientes (defensa química). Por ejemplo, en saliva, lágrimas y orina se encuentra presente la lisozima, la cual ataca el peptidoglicano presente en la paredes bacterianas, favoreciendo su lisis (rompimiento) y por lo tanto comprometiendo la integridad del microorganismo. Por su parte, un ejemplo de péptido antimicrobiano son las beta-defensinas, producidas por las mucosas y que gracias a su propiedad catiónica pueden unirse a las paredes y membranas de bacterias y alterar su estabilidad su estabilidad al crear una despolarización. El ácido clorhídrico estomacal (producido por las células parietales) es también un ejemplo de defensa química, ya que debido a su pH (1-3) se desnaturalizan las proteínas de bacterias y virus, inactivando su función y por lo tanto, restringiendo una posible infección. Algunos autores también incluyen como tipo de barrera biológica, las bacterias propias del organismos (p. ej: bucales, intestinales, vaginales) pues compiten con otros microorganismos por los recursos cruciales para su supervivencia.

Figura 1. La mucosa bucal representa un ejemplo de barrera mecánica y el contenido salival de barrera química. El epitelio escamoso es el primer frente contra infecciones y es auxiliado por enzimas, como lisozima  y péptidos como beta-defensinas para eliminar a los patógenos. En caso de superar esta barrera, los patógenos harán frente a células y factores del sistema inmune innato presentes en el tejido subyacente. Por simplicidad no se muestran todas las células que pueden estar presentes. Imagen tomada de internet.

Otra función más del sistema inmune es promover la  inflamación. Esta es una de las primeras respuestas que se llevan a cabo en el sitio de infección, ocurre una vez que el patógeno ha superado las barreras previamente mencionadas. Es estimulada por factores químicos como histamina, bradiquinina, leucotrienos, prostaglandinas, óxido nítrico, etc., los cuales son liberados por células presentes en el sitio de infección al momento de la invasión (como fagocitos, neutrófilos, células dendríticas, mastocitos). Cuando se da la invasión del agente patógeno estas células pueden reconocer por medio de sus receptores de reconocimiento de patrones (PRRs) a moléculas presentes en los patógenos conocidas como patrones moleculares asociados a patógenos (PAMPs) y una vez hecho este reconocimiento se liberan a dichos mediadores asociados a inflamación.

Durante la inflamación se da un incremento del flujo sanguíneo al área de infección, de esta manera se promueve el reclutamiento de leucocitos sanguíneos (neutrófilos, eosinófilos, basófilos, monocitos) que auxiliarán a los ya presentes en el tejido infectado. Asimismo este proceso sirve para limitar la infección y promover la reparación de tejidos dañados. Durante la inflamación también se da la liberación de citocinas como TNF (Factor de necrosis tumoral), HMGB1 (proteína del grupo de alta movilidad 1) e IL-1 (interleucina 1) que participan en procesos importantes de señalización celular, como reclutamiento  de más células al sitio de infección y también para mediar (regular) la inflamación.

Una característica más del sistema innato es la activación de la cascada de complemento. El sistema del complemento es una familia de alrededor de 30 serin-proteasas que participan en una serie de reacciones bioquímicas que auxilia o «complementa» la capacidad de los anticuerpos para eliminar los patógenos, así como para marcarlos y permitir sean eliminados por otras células. Dicho sistema del complemento se activa medio de tres vías: la clásica, la alternativa y la de las lectinas. Las funciones principales del sistema de complemento son:

• Marcar a los patógenos (opsonización) para ser destruidos por un fagocito.
• Formar poros en las membranas plasmáticas y paredes de los patógenos (complejos de ataque a la membrana, MAC).
• Incrementar el efecto inflamatorio. Activan el reclutamiento de más células inmunitarias al sitio de infección.

Asimismo el sistema inmune innato activa al sistema inmunitario adapatativo por medio de las células presentadoras de antígeno.

Se hará una breve mención sobre las células del sistema inmunitario innato pues ya se han mencionado detalles en lectura previa. Los mastocitos, algunos ya situados en los tejidos, pueden liberar histamina y citocinas que son moléculas promotoras de la inflamación; los basófilos, viajan en el torrente sanguíneo y se mueven a los tejidos cuando hay infección, también pueden liberar histamina. Los neutrófilos, representan el mayor porcentaje de fagocitos presentes,  pueden ser reclutados al área de infección,  interiorizan bacterias y agentes nocivos para eliminarlos intracelularmente, se ha caracterizado que pueden fagocitar hasta alrededor de 20 bacterias antes de morir; los macrofágos,  son fagocitos presentes y/o que pueden ser reclutados (monocitos) al sitio de infección, eliminan al patógeno por endocitosis y presentan al antígeno procesado. Se han identificado que los macrófagos  pueden eliminar hasta 100 bacterias antes de morir; las células dendríticas, pueden derivar de progenitor linfoide y mieloide y se diferencian al migrar a los tejidos, pueden fagocitar a un antígeno o patógeno y viajar a los nódulos linfáticos para presentarlo a linfocitos CD4+. Estas células pueden estar presentes en los tejidos (p. ej: células de Lahgerhans o pueden ser reclutadas a partir de sus formas inmaduras); células asesinas naturales, no están asociados directamente en respuesta inflamatoria pero pueden eliminar células infectadas y cancerosas de manera no específica.

Complejo mayor de histocompatibilidad

La capacidad del sistema inmune de reconocer sus propios elementos de aquellos extraños (patógenos) depende de un grupo de complejos proteicos presentes en la superficie membranal denominado complejo mayor de histocompatibilidad (MHC). Dichos complejos son ubicuos para las células de mamíferos, y en el caso de  humanos también se les denomina como  antígenos leucocitarios humano (HLA). De los MHC dependen los linfocitos T cooperadores (CD4+) y citotóxicos (CD8+) para poder realizar sus funciones.

Actualmente se han identificado 3 tipos de estos complejos: MHC I, MHC II y MHC III, los cuales están codificados por genes cercanos entre sí ubicados en el brazo corto del cromosoma 6. Debido a que el tercer complejo tiene funciones inmunitarias diferentes, en este texto nos enfocaremos solamente en los de tipo I y II. Su nombre deriva del hallazgo inicial sobre su implicación en fenómenos de rechazo a transplantes o injertos.

Complejo mayor de histocompatibilidad I (MHC I)

Este complejo se ha identificado en la superficie de la mayoría de las células nucleadas y sirve para discriminar entre células sanas de aquellas que han sufrido una infección (p. ej: viral). Dicho complejo esta compuesto por 3 subunidades alfa que pertenecen a una misma secuencia polipéptidica y una subunidad denominada beta-microglobulina, que proviene de otro gen distinto distinto (Figura 1).

Figura 1. Representación esquemática del MHC I. Se muestran las tres subunidades que pertenecen a una misma secuencia polipeptídica, así como también la beta-microglobulina, que proviene de un gen codificado en el cromosoma 15.

Una célula normal (no infectada) sólo presentará en su MHC I a péptidos o moléculas propias (autoantígenos), de tal manera que cuando un leucocito se aproxima puede reconocer que la célula esta presentando elementos propios y por lo tanto dicha célula no sufrirá ningún daño.

Cuando una célula ha sufrido una infección, la célula procesará un antígeno liberado del patógeno y lo presentará por medio del MHC I (Figura 2). Los leucocitos, principalmente linfocitos CD8+, reconocerán dicho antígeno por medio de interacción y desencadenaran una cascada de señalización, con el objetivo de montar una respuesta inmunitaria que conlleve a eliminar a la célula infectada (por ejemplo, por apoptosis).

Fig. 2. Presentación de un autoantígeno y antígeno por parte del MHC I. Una célula normal presentará en su superficie autoantígenos a diferencia de una célula infectada, la cual presentará antígeno provenientes del patógeno que la ha infectado, esto con el objetivo de ser reconocida por parte de leucocitos como linfocitos citotóxicos, los cuales conducirán a la muerte celular de dicha célula infectada.

Complejo mayor de histocompatibilidad II (MHC II)

Por su parte estos complejos proteicos están presentes principalmente en células presentadoras de antígeno (CPA),  como linfocitos B, macrófagos, células dendríticas (aunque también se han identificado en algunos otros tipos celulares). El MHC II ayuda a las células del sistema inmune para comunicarse entre sí, en específico a las células presentadoras de antígeno con los linfocitos T cooperadores (CD4+). Este complejo dimérico, presenta dos dominios separados, con regiones o subunidades alfa-1 y beta-1, constituyendo a la hendidura donde se hará la presentación del antígeno, asimismo dos regiones estructurales denominada alfa-2 y beta-2 (Figura 3).

 

Figura 3. Estructura del MHC II. Se muestran las 4 subunidades, dos alfa y dos beta en la parte extracelular. Entre la subunidad alfa 1 y beta 1 se encuentra una hendidura, que es el sitio donde se presentará el antígeno a los linfocitos CD4+.

 

Cuando una CPA fagocita y digiere un virus, se desencadena un proceso que conduce a la presentación de un antígeno viral por medio del MHC II en la superficie celular, esto puede estimular a los linfocitos T cooperadores para iniciar una serie de mecanismos encaminados a montar la respuesta inmune, como el reclutamiento de células B y T, para su diferenciación y división. Durante este proceso se da la liberación de interleucinas-1 e interleucinas-2, las cuales son citocinas (pequeñas proteínas) involucradas en señalización celular, procesos de inflamación y reclutamiento de más células inmunitarias. (Figura 4).

Figura 4. Presentación de antígeno por medio del MHC II. Una CPA que ha fagocitado y procesado exitosamente a un patógeno (virus) presentara por medio de este complejo un péptido antígenico a los linfocitos Th. Se muestra como la CPA libera interleucinas-1 que sirven para reclutar a los linfocitos Th que a su vez secretan interleucinas-2 que auxilian para en el reclutamiento de más linfocitos T y B.

 

Beta-microglobulina y su uso como biomarcador patológico

De manera normal, la beta-microglobulina puede encontrarse libre en sangre y orina en cantidades muy bajas. Sin embargo, al incrementarse sus niveles puede servir como un indicador (marcador) de estados patológicos como alteraciones renales (fallo de los riñones) o algunos tipos de cáncer como mieloma múltiple (proliferación incontrolada de células plasmáticas) o linfoma (proliferación anormal de células del sistema linfático), por lo que es común su uso, en conjunto con otros medios, para diagnosticar o determinar la extensión y gravedad de una enfermedad (estadificación, en el caso de cáncer).

 

Células presentadoras de antígenos

Si un patógeno logra ingresar a un huésped, eventualmente debe ser presentado a los linfocitos T, los cuales son los encargados de la inmunidad celular. Estos linfocitos no pueden reconocer por si mismos a los patógenos y sus antígenos. Para realizar esta tarea deben ser auxiliados por las células presentadoras de antígenos (CPA), quienes fagocitan al patógeno o antígeno para posteriormente presentar un fragmento en un complejo proteico especializado (Complejo principal de histocompatibilidad II) que se encuentra en su membrana celular. Una vez que sucede este proceso, los linfocitos T pueden reconocer al antígeno para así llevar la respuesta inmunitaria correspondiente. Se considera que dentro de  los principales tipos de CPA, están las células dendríticas, macrófagos y linfocitos B.

Macrófagos

Al inicio de la respuesta inmune, los macrófagos son de las primeras células en acudir al sitio de infección. Estas células fagocitan (por endocitosis) al patógeno (p. ej., una bacteria), para posteriormente digerirlo y formar al interior  una vesícula endocítica denominada fagosoma, la cual se fusionara con lisosomas (organelos con contenido ácido y proteínas digestivas como lipasas, proteasas y nucleasas), para posteriormente procesar los fragmentos del antígeno y presentarlos mediante su complejo mayor de histocompatibilidad clase II (MHC II) (Figura 1).

Figura 1. Fagocitosis por parte del macrófago. Esta célula puede degradar a patógenos endocitados gracias a la presencia de lisosomas citosólicos, posteriormente puede presentar un fragmento antigénico mediante su MHC II.

De esta manera, linfocitos T cooperadores que contienen una glicoproteína denominada CD4, pueden unirse a estos complejos antígeno-MHC II (Figura 2) y empezar su función inmune (liberación de mediadores químicos que conducirá, entre otros eventos, a su propia activación y maduración, así como de otros linfocitos T,  para diferenciarse  hacia células T cooperadoras y citotóxicas, así como también de los linfocitos B).

Figura 2. Presentación del antígeno al linfocito CD4+.  Los macrófagos presentan el fragmento de antígeno a los lifocitos T CD4+ (Cooperadores) con el fin de mediar la activación de la respuesta inmunitaria adaptativa.

Células dendríticas

Estas CPA se encuentran en una gran variedad de tejidos  como piel, mucosas, (bucal incluida) pulmones, tracto gastrointestinal. Este tipo de células se encuentran en gran cantidad en lugares anatómicos cercanos a un medio externo. Por lo tanto, juegan un papel muy importante en la inmunovigilancia. Cuando se encuentran algún antígeno, puede fagocitarlo, interiorizarlo y degradarlo mediante la formación de un fagolisosoma (como previamente se mencionó) para posteriomente  presentarlo a través de su MHC II. Gracias a sus ramificaciones presentes está célula tiene la capacidad de ser móvil, por lo que de manera inmediata viajan a sitios y órganos linfoides, como los nódulos linfáticos o el bazo, y al encontrarse en esto sitios presentan el fragmento del antígeno a los linfocitos T CD4+, estimulando así a la respuesta inmunitaria adaptativa (Figura 3).

Figura 3. Células dendríticas como CPA. Estas células del sistema inmunitario innato pueden presentar antígenos en los órganos linfáticos gracias a su movilidad. Dicha presentación también se da mediada por el MHC II, con el fragmento del antígeno presente.

Linfocitos B

Estas células del sistema inmunitario adaptativo, se encargan de la respuesta humoral. Cuando se encuentran con antígenos circulantes, se unen a través de receptores de superficie y lo interiorizan por medio de un proceso denominado endocitosis mediada por receptor que conduce al procesamiento de dicho antígeno y la eventual presentación de un fragmento por medio de su MHC II. Cuando un linfocito T cooperador se une al complejo MHC II-antígeno del  linfocitos B, se monta una respuesta que conduce a una retroalimentación y estimulación (por medio de mensajeros químicos) hacia el mismo linfocito B para que entre a mitosis y se diferencie en células B de memoria, así como células plasmáticas, encargadas de la síntesis de anticuerpos (Figura 4).

Presentación de antígenos por medio de linfocitos B.  Cuando la célula B le presenta el antígeno por medio del MHC II al linfocito T CD4+, este libera mensajeros químicos que conducen a la activación del mismo linfocito B para que se diferencie hacia célula plasmática y de memoria específica contra dicho antígeno.