Texto atlas de histologia [2 ed.] 9789701037287, 9701037286

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Segunda edición

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LESllE P. GARTNER, Ph.D.

JAMES lo HIATT, Ph. D.

Associate Professor of Anatomy D epartment of Oral and Craniofacial Biological Sciences Baltimore Collage of Dental Surgery D ental School University of Maryland Baltimore, Maryland

Associate Professor of Anatomy, Retired D epartment of Oral and Craniofacial Biological Sciences Baltimore Collage of D ental Surgery Dental School University of Maryland Baltimore, Maryland

Tradu cción:

Dr. Jorge Orizaga S. Revisión técnica: M. en e N . Teresa 1. Fortoul Van der Coes

Dra. Patricia Bizarro N. M. en e Laura Colín B. BióL Irma E. López M. BióL Ivonne C. Sánchez C . Dr. Rodrigo Vázquez F.

McGraw-Hill Interanlericana HEALTIiCARE GROUP

MEXIC O • AUCKLAND • BOGO TA • CARACAS • LIS BOA · LO NDRES • MADRID . MlLAN . MONTREAL • NUEVA DELHI • NUEVA YORK· SAN FRANCISCO SAN JUAN · SINGAP UR • SIDNEY • TORONTO

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 .

TEXTO ATLAS DE HISTOLOGIA Proh ibida la reproducción total o parcial de esta obra, por cualquier medio, sin autorización escrita del editor. D E HE C HOS HESEHVADOS © 2002, respecto a la segunda edición en español por, McGRAW-T-IILL INTERAMERICANA EDITORES, S.A. de C.V, A subsidieuy of The McGraw-Hill Companies. Cedro Núm. ,5 12, Col. Atlampa, Delegación Cuauhtémoc, 064.50 México, D.F. Miembro de la Cámara Nadonal de la Industria Editorial Mexicana, Reg. Núm. 736

ISBN: 970-10-3728-6 Translated from th e second E nglish edition 01" Color Textbook of Histology, by Leslie P. Gartner, James L. Hiatt Copyright © 2001, Pllblished by W.B. Sallnders Company A Harcourt Health Sciences Company The Curtis Center Independence Square vVest Philadelphia, Pennsylvania 19106 Al! rights reserved

ISBN 0-7216-8806-3(Edición original)

1234.567890 hllpreso e n RR DONNELLEY

09876.543102 Printed in Chile

A mi esposa Roseann, mi hija jennifer,

y mi madre Mary. L.P.G.

A mis nietos N atl~an David, james Mallary, Hanna Elisabeth, Alexandm Renate

y Eric james. J.L.H.

Pre acio •••

Siempre es muy satisfactorio publicar una nueva edición de un libro, en especial de uno tan bien aceptado no sólo en su idioma original sino también en sus diversas traducciones. La histología, como tema, se encuentra en el cruce entre la anatomía macroscópica y la fisiología, y actúa como un elemento integral entre ellas. Conforme nuestros conocimientos en biología progresaron, se desarrollaron nuevas disciplinas, como las biologías celular y molecular, que ejercen un gran impacto en el cúmulo de conocimientos de la histología, que se expande para incorporar vastas cantidades de información recién descubierta. En la preparación de la edición actual buscamos a través de la múltiple información que inunda los campos de la biología celular y molecular, y revisamos la mayor parte de los capítulos del libro con el fin de reflejar conceptos actuales en estos campos, de manera específica en su aplicación al estudio de la histología. Aún así, al mismo tiempo trabajamos para presentar el material en forma concisa, de modo que se ajuste al reducido tiempo curricular actual que la mayor parte de las escuelas de medicina y odontología asigna al estudio de la histología. También añadimos nuevo material ilustrativo en forma de dibujos a todo color y fotomicrografías , así como micrografías electrónicas de barrido y transmisión con objeto de continuar ayudando al estudiante a correlacionar la información que obtiene en las secciones didáctica y de laboratorio del curso. Otro cambio didáctico que observarán quienes utilizaron la edición anterior es la adición de un resumen corto al inicio de cada sección, que destaca de manera sucinta la información que se pres enta en ese segmento del capítulo. Más aún , ajustamos el tamaño final

del libro para que el estudiante lo manipule en forma más conveniente y cómoda. Como en la primera edición, trabajamos para que este libro sea legible y proporcione la información de manera tan eficiente como sea posible al presentar muchos de los esquemas en forma didáctica. Gran parte de la información se resume en cuadros para promover la adquisición de los conocimientos. Con frecuencia el texto se interrumpe por inse rtos resumidos que no sólo organizan aspectos importantes de la histología funcional sino que también ponen en alerta al lector respecto a su relevancia. Los términos importantes se presentan en negritas tanto para dirigir la atención a ellos como para permitir que el estudiante que se prepara para exámenes los revise con rapidez. Por último, en la totalidad del texto el lector encontrará correlaciones clínicas que se insertan en recuadros e ilustran la importancia de la histología para los estudiantes de las profesiones de la salud. Creemos que estas características ayudarán a resaltar el dogma importante de la histología de los días modernos: que la estructura y la función se relacionan de manera estrecha. Aunque hicimos todo lo posible por presentar una des cripción completa y precisa del tema, reconocemos que en cualquier labor de esta magnitud hay omisiones y errores. Por consiguiente, continuamos alentando y acogiendo con mucho gusto las sugerencias, los consejos y las críticas que facilitarán mejorar este texto. LE SLIE P. GART NE R JAMES L. HIATT

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A~ra ecimientos •••

Deseamos agradecer a las personas siguientes la ayuda y apoyo que nos proporcionaron en la preparación de es te libro. En la University of Maryland, gracias en especial al doctor William A. F alkler, Jr., por la revisión del capítulo referente al sistema linfoide; al doctor Norman F. Capra por revisar la sección de huso muscular, y a la sefiorita Jennifer P. Bassiur, estudiante de odontología del tercer afio, por sus sugerencias que contribuyeron a mej orar la presentación de este material. Agradecemos verdaderam ente al doctor Jam es C. Huston y en especial al doctor Paul May por proporcionarnos una extensa lista de sugerencias para mejorar los materiales de texto e ilustrativos. También deseamos agradecer a los doctores Robert A. Bloodgood, Fadhil Al-Lami y Nicholas A. Chiaia sus valiosos comentarios dirigidos a sus respectivos campos de experiencia.

Como la histología es un tema visual, es imprescindible contar con ilustraciones gráficas excelentes. Por esta razón estamos en deuda con Todd Smith por su atención cuidadosa a los detalles al revisar las ilustraciones de la prim era edición y crear nuevas figuras. También agradecemos a nues tros múltiples colegas de todo el mundo y a sus respectivos editores que nos permitieron generosamente tomar prestados materiales ilustrativos de sus publicaciones . Por último , damos las gracias al equipo de proyectos de W.B. Saunders por toda su ayuda, en particular a WiUiam R. Schmitt, Editor en Jefe, Textos Médicos; Carol Robins , Supervisora de Correctores; EUen ZanoUe, Disefiadora; Natalie Ware, Jefa de Producción; Peg Shaw, Ilustrador Especialista y, sobre todo, a nuestra Editora de Desarrollo, D eborah Thorp.

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Conteni o •••

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Introducción a la histología y técnicas histológicas básicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 Citoplasma.......................... 11

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Sistema endocrino ................... 289

14

Sistema tegumentario .......... . ..... 311 Sistema respiratorio ................. 329

3

Núcleo ............................ . 49

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4

Matriz extracelular ..... . ........ .... . 69

16

Sistema digestivo: cavidad bucal ....... 351

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Epitelio y glándulas . ...... .. ... ... .... 83

17

Sistema digestivo: conducto alimentario . . 363

6

Tejido conectivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

18

Sistema digestivo: glándulas ........... 393

7

Cartílago y hueso

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Sistema urinario .. ........ . ......... 415

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Músculo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153

2O Sistema reproductor femenino Tejido nervioso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179

1O Sangre y hemopoyesis ................ 213

1 1 Sistema circulatorio .................. 243 12

... .. .... 439

Sistema linfoide (inmunitario) .. . ...... 263

2 1 Sistema reproductor masculino . .... ....

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463

Sentidos especiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485 Indice alfabético ................ .... 511

.. VII

. Intro ucclon a a ist o o """ía técnicas isto ó>- icas . aSlcas ./

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Histología es la rama de la anatomía que estudia los tejidos de animales y plantas. Sin embargo, este libro de texto sólo describe los tejidos animales, de manera específica los humanos. E n su aspecto más amplio , la palabra histología se emplea como sinónimo de anatomía microscópica, ya que su materia no sólo incluye la estructura microscópica de los tejidos sino también la de la célula, órganos y sistemas. E s necesario comprender que el cuerpo está compuesto de células, matriz intercelular y una sustancia líquida, el líquido extracelular (líquido tisular ), que impregna estos componentes. El líquido extracelular, que deriva del plasma sanguíneo, transporta nutrientes, oxígeno y moléculas de señalamiento a las células del cuerpo. Por el contrario, las moléculas de señalamiento, los productos de desecho y el dióxido de carbono que liberan las células del organismo llegan a la sangre y los vasos linfáticos a través del líquido extracelular. Este último y también gran parte de la matriz intercelular no se observan en preparaciones histológicas de rutina; empero, es necesario que el estudiante de histología reconozca su presencia invisible. El obj eto de la histología ya no aborda simplemente la estructura del cuerpo, sino también su funcionamiento. E n realidad, la histología guarda una relación directa con otras disciplinas y es esencial para comprenderlas. Por esta razón, este libro de texto entrelaza la biología celular, bioquímica, fisiología y, según sea apropiado, la patología. Los estudiantes reconocerán la importancia de este objetivo en cuanto se remitan al texto más adelante en su carrera. Un excelente ejemplo de esta relación se adve rtirá cuando el lector conozca la histología del riñón y obs e rve su intrincada estructura (has ta el nivel molecular ), en la que reside la capacidad de este órgano para realizar su fun ción. Las alteraciones de la estructura renal dan lugar a un gran número de trastornos que ponen en peligro la vida. . El resto de este capítulo analiza 10$ métodos que aplican los histólogos para estudiar la anatomía microscópica del cuerpo.

MICROSCOPIA DE LUZ

Preparación de los tejidos Los pasos necesarios para la preparación de tejidos para microscopia de luz incluyen a) fijación, b) deshidratación y aclaramiento, c) inclusión, d) corte y e) montaje y tinción de los cortes.

Se han desarrollado diversas técnicas para preparar los tejidos con el fin de estudiarlos, de tal manera que semejen cuanto más su estado natural en vivo. Las etapas incluidas son fijación , deshidratación y aclaramiento, inclusión en un medio estable, sección en cortes delgados para p oderlos observar mediante transiluminación, montaje en una superficie para facilitar su manipulación y tinción para diferenciar los diversos componentes tisulares y celulares.

Fijación La fijación se refie re al tratamiento del tejido con sustancias químicas que no sólo retardan las alteraciones tisulares subsecuentes a la muerte (o después de su remoción del organismo) sino que también conservan su configuración normal. Los agentes para fijación us ados más a menudo en microscopia de luz son formalina am ortiguada y fijador de Bouin. E stas dos sustancias pe rmiten el entrecruzamiento de las proteínas y por tanto conservan una imagen del tejido similar al vivo.

Deshidratación y aclaramiento D ebido a que una gran p arte del tejido está constituida por agua, se aplica una serie gradual de baños de alcohol iniciando con alcohol al 50% y alcanzando de man era

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Introducción a la histología y técnicas histológicas básicas

paulatina el alcohol al 100% para eliminar el agua (deshidratación). A continuación, el tejido se trata con xileno, una sustancia química que es miscible con parafina fundida. Este proceso se conoce como aclaramiento, ya que el tejido se torna transparente en xileno .

cubreobjetos con un medio adecuado para montaje . El cubreobjetos no sólo protege el tejido de algún daño sino que también se requiere para observar el corte con el microscopio. Aunque existen varios tipos de colorantes para observar los múltiples componentes de células y tejidos, pueden agruparse en tres clas es:

Inclusión • Con objeto de distinguir entre sí las células superpuestas en un tejido y la matriz extracelular, el histólogo debe incluir los tejidos en un medio apropiado y a continuación seccionarlos en cortes delgados . Para la microscopia de luz, el medio habitual de inclusión es la parafina. Se coloca el tejido en un recipiente adecuado con parafina fundida hasta que se inflltra por completo. Una vez que se impregna el tejido con parafina, se coloca en un receptáculo pequeño, recubierto con parafina fundida y se deja endurecer para formar un bloque de parafina que incluya al tejido.

Sección Una vez que se rebajan los bloques de tejido para eliminar el material de inclusión redundante, se montan para seccionarlos. Esta labor se lleva a cabo mediante un micrótomo, un aparato equipado con una hoja y un brazo que desciende en el bloque de tejido en incrementos específicos iguales. Para la microscopia de luz, el grosor de cada corte fluctúa entre 5 y 10 pm. También es posible efectuar los cortes en especímenes congelados, sea en nitrógeno líquido o en un portamuestras para congelación rápida en un crióstato. Estos cortes se montan con un medio para montaj e de congelación rápida y se seccionan a temperaturas inferiores a cero mediante una hoja de acero enfriada con anterioridad. Los cortes se colocan en portaobjetos de vidrio previamente enfriados, se permite que alcancen la temperatura ambiente y se tiñen después con colorantes específicos (o se tratan para estudios histoquímicos o inmunocitoquímicos ).

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Colorantes que diferencian los componentes ácidos y básicos de la célula Colorantes especializados que distinguen los componentes fibrosos de la matriz extracelular Sales metálicas que se precipitan en los tejidos y forman depósitos de metales en ellos

Los colorantes empleados con más frecuencia en histología son hematoxilina y eosina (H y E). La hematoxilina es una base que tiñe de manera preferencial los componentes ácidos de la célula de un color azuloso. Puesto que casi todos los componentes ácidos son ácido desoxirribonucleico (DNA ) y ácido ribonucleico (RNA), el núcleo y las regiones del citoplasma ricas en ribosoma se tiñ en de color azul oscuro; estos elementos se denominan basofílicos. La eosina es un ácido que tiñe los componentes básicos de la célula de color rosado. Debido a que muchos constituyentes del citoplasma tienen un pH básico, las regiones del citoplasma se tiñ en de color rosa; se dice que estos elementos son acidófllos. También se usan muchos otros colorantes en la preparación de especímenes para estudio histológico (cuadro 1-1). Las moléculas de algunos colorantes, como el azul de toluidina, se polimerizan entre sí cuando se exponen a concentraciones altas de polianiones en el tejido. Estos agregados son de un color diferente al de sus moléculas individuales. Por ejemplo, el azul de toluidina tiñ e de azul los tejidos, excepto los que son ricos en palian iones (p. ej ., matriz de cartílago y gránulos de células cebadas), que se tiñen de color púrpura. Se dice que un tejido o un componente celular que se tiñe de color púrpura es metacromático y que el azul de toluidina muestra • metacromaSIa.

Montaje y tinción

Microscopia de luz Los cortes de parafina se montan (colocan) en portaobjetos de vidrio y a continuación se tiñen mediante colorantes hidroso/ubles que permiten diferenciar los diversos componentes celulares.

Los cortes para microscopia de luz convencional, seccionados mediante hojas de acero inoxidable, se montan en portaobjetos de vidrio recubiertos con un adhesivo. Debido a que muchos constituyentes de los tejidos tienen casi las mismas densidades óptimas, deben teñirse para la microscopia de luz. La tinción para microscopia de luz se llevó a cabo principalmente con colorantes hidrosolubles. En consecuencia, primero es necesario eliminar la parafina del corte, después de lo cual se re hidrata y tií'ie el tejido. Una vez teñido, se deshidrata el corte de nueva cuenta de tal manera que pueda fijars e de modo permanente el

Los microscopios compuestos están constituidos por una disposición especifica de lentes que permiten una gran amplificación y una buena resolución de los tejidos observados.

En el microscopio de luz actual se utiliza una disposición específica de grupos de lentes que amplifican una imagen (fig. 1-1). Como resultado del uso de más de una lente simple, este instrumento se conoce como un microscopio compuesto. La fu ente de luz es una bombilla eléctrica con un filamento de tungsteno cuya luz se reúne en un haz enfocado por la lente condensadora. El haz de luz se localiza abajo y se enfoca en el espécimen. La luz que pasa a través de este último penetra en una de las lentes del obj etivo; estas lentes están asentadas en

Introducción a la histología y técnicas histológicas básicas •••

Cuadro 1-1. Colorantes y reacciones histológicas comunes

Reactivo

Resultado

Hematoxilina

A;:;ul: núcleo ; regiones ácidas del citoplasm a; matri z de cartílago

Eosina

Rosa: regiones básicas del citoplasma; fibras de colágena

Tricrómica de Mas son

A;:;ul oscuro: núcleo; rojo: músculo, queratina, citoplasma A;:;ul claro: mucinógeno, colágena

Colorante de orceína para fibras elásticas

Pardo: fibras elásticas

Colorante Weigert para fibras elásticas

A;:;ul: fibras elásticas

Tincion es argénticas

Negro.· fib ras reticulares

H ematoxilina férrica

Negro: estriaciones de músculo, núcleos, eritrocitos

Acido peryódico de Schiff

Magenta: moléculas ricas en glucógeno)' carbohidratos

Colorantes de Wright )' Giemsa

Se utiliza para tinciones diferenciales de células hem áticas Rosa: eritrocitos, gránulos de eosinófilos PÚr¡Jtlm: núcleos de leucocitos, gránulos basófilos A;:;ul: citoplasma de monocitos)' linfocitos

una torreta movible localizada justo arriba del espécimen. Por lo general se dispone de cuatro lentes objetivos en una torreta, que proporcionan amplificaciones baja, media, alta y con aceite. En la mayor parte de los microscopios las tres prim eras lentes suelen amplificar, cuatro , 10 y 40 veces, respectivam ente, y se utilizan sin aceite; la lente para aceite amplifica la imagen 100 veces. La imagen de las lentes del obj etivo se reúne y las lentes del ocular la amplifican de manera adicional. Estas lentes aumentan la imagen en un factor de 10 - para amplificaciones totales de 40, 100, 400 Y 1 000 y enfocan la imagen resultante en la retina del ojo. E l enfocamiento de la im agen se realiza mediante perillas indentadas que mueven las lentes del obj etivo hacia arriba y abajo sobre el espécim en. La perilla de enfoque amplio las mueve en incrementos mayores qu e la perilla

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de enfoque fino. Resulta de interés que la imagen que se proyecta en la retina está invertida de derecha a izquierda y al revés. La calidad de una imagen no sólo depe nde de la capacidad de una lente para amplificar sino también de su resolución -la capacidad de la lente para mostrar que dos obj etos distintos están separados por una distancia. La calidad de un a lente depende de qué tan cerca se aproxima su resolución al límite teórico de 0.2.5 pm, una restricción determinada por la longitud de onda de la luz visible. Existen varios tipos de microscopios de luz, que se diferencian por el tipo de luz que utilizan como fuente luminos a y la forma en que la emplean. Sin embargo, la mayoría de los estudiantes de histología deben reconocer sólo las imágenes obtenidas de los microscopios de luz compuesto, electrónico de transmisión y electrónico de barrido; en consecuencia, no se comentan aquí los otros tipos de microscopios.

Técnicas de imágenes digitales En las técnicas de imágenes digitales se emplea una computadora para capturar y manipular imágenes histológicas.

El advenimiento de la computadora proporcionó un medio para capturar imágenes en forma digital, sin utilizar una película. Aunque este método de captura de imágenes aún no puede competir con la tecnología fílmica , tiene muchas ventajas que la constituyen en una herramienta valiosa, por ejemplo: • • •

Observación inmediata de la imagen adquirida Modificación digital de la imagen Capacidad para realzar la im agen mediante el uso de programas de computadora disponibles en el comer.

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Además, debido a que estas imágenes se guardan en un formato digital, es posible archivar cientos de ellas en un solo disco CD -ROM Y su recupe ración es casi instantánea. Por último , su forma digital hace posible la transmisión electrónica de estas imágenes mediante correo electrónico o su distribución a través de Internet.

Interpretación de cortes microscópicos Una de las h abilidades más difíciles, fru strante s y dem oradas en histología es la de aprender a interpretar un corte bidimensional como si fu era tridimensional. Si se imagina una manguera para el jardín, como en la figura 1-2, y a continuación se practican cortes delgados, se torna obvio qu e el objeto tridim ensional no necesariamente se distingue de cualquiera otra de las representacion es bidimensionales. Sin embargo , observando todos los cortes extraídos de la manguera arrollada, es posible reconstruir mentalm ente la imagen tridimensional.

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Introducción a la histología y técnicas histológicas básicas •

Imagen en el ojo •,

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Cátodo - - - - - -

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Anodo

Ventana para observación

Lente de proyección Espécimen Lámpara

Imagen en la pantalla de

Microscopio de luz

Fig. 1-1.

Microscopio electrónico de transmisión

Imagen en Pantalla de la pantalla de observación televisión

Microscopio electrónico de barrido

Comparación de los microscopios de luz , electrónico de transmisión y electrónico de barrido.

Procedimientos avanzados de observación Histoquimica La histoquímica es un método de tinción de tejidos que proporciona información sobre la presencia y localización de macromoléculas intracelulares y extra celulares.

Es posible localizar los constituyentes químicos específicos de tejidos y células por los métodos de histoquímica y citoquímica. Estos métodos aprovechan la actividad enzimática, re actividad química y otros fenómenos fisicoquímicos relacionados con el elemento en cuestión. Las reacciones de interés se tornan evidentes mediante la formación de un precipitado insoluble que toma cierto color. Con frecuencia, la histoquímica se efectúa en tejidos congelados y puede aplicarse tanto en la microscopia de luz como en la electrónica. En una reacción histoquímica se utiliza el reactivo ácido peryódico de Schiff (PAS ), que forma un precipitado de color magenta con moléculas ricas en glucógeno y carbohidratos. Para asegurar que la reacción sea específica del glucógeno, los cortes consecutivos se tratan con amilasa. Por consiguiente, los cortes no tratados con amilasa muestran un depósito magenta, en tanto que en los cortes tratados no se observa tinción en la misma región.

Aunque es posible localizar enzimas mediante procedimientos histoquímicos, se observa el producto de la reacción enzimática y no la enzima en sí misma. El reactivo está diseñado de tal manera que el producto se precipita en el sitio de la reacción y se reconoce como un depósito metálico o de color.

Inmunocitoquímica En la inmunocitoquímica se utilizan anticuerpos marcados con fluoresceína y antianticuerpos para identificar una localización intracelular y extra celular de las macromoléculas más precisa de la que es posible con la histoquímica.

Aunque los procedimientos histoquímicos permiten ubicar relativamente bien ciertas enzimas y macro moléculas en células y tejidos , es posible obtener una localización más exacta con la inmunocitoquímica. Este procedimiento exige desarrollar un anticuerpo contra la macromolécula particular a localizar y marcar el anticuerpo con un colorante fluorescente (fluoresceína o rodamina). Existen dos métodos de marcado con anticuerpo: directo e indirecto. En el método directo (fig. 1-3) se marca el anticuerpo contra la macromolécula con un colorante fluorescente. A continuación se permite que reaccione el anticuerpo con la macromolécula y puede

Introducción a la histología y técnicas histológicas básicas ••• 5

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Corte transversal

Corte longitudinal

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Fig. 1-2. La histología exige la reconstrucción mental de imágenes bidimens ionales en una sólida tridimensional a partir de la cual se cortaron . En este diagrama se seccionó un tubo curvo en varios planos para ilustrar la relación en tre una serie de cortes bidimension ales y la estructura tridim ensional.

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Corte oblicuo

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observarse el complejo resultante con un microscopio de fluorescencia (fig. 1-4). En el método indirecto (fig. 1-3) se prepara un anticuerpo marcado con flu orescencia contra el anticuerpo primario específico para la macromolécula de interés . Una vez que reacciona el anticuerpo primario con el antígeno, se lava la preparación para eliminar el anticuerpo primario no unido ; en seguida se añade el anticu erpo marcado y reacciona con el complejo antígeno-anticuerpo original, con lo cual se forma un complejo secundario visible con microscopia de fluorescencia (fig. 1-5 ). El método

Fig. 1-3. Métodos de inmun ohi stoquímica directo e indirecto. l;;quie-rda. Se marca un anticuerpo contra el antígeno con un colorante fluorescente y se obselva con un mic roscopio de Auorescencia. La fluorescencia se identificó sólo en donde se localizaba el anticuerpo. Derecha. Se preparan anticuerpos marcados con fluorescencia contra un anticuerpo que reacciona con un antígeno particular. Cuando se observan mediante microscopia de flu oresce ncia, la región que flu oresce representa el sitio del anticuerpo.

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Diagrama que muestra los diferentes aspectos de cortes a través de un tubo curvo en diferentes niveles

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indirecto es más sensible que el directo porque se unen múltiples antianticuerpos marcados con el anticuerpo primario , cuya observación es más fácil. Además, el método indirecto no requiere marcar el anticue rpo primario, que muchas veces sólo se encuentra disponible en cantidades limitadas . La inmunocitoquímica puede utilizarse con especímenes para microscopia electrónica si se marca el anticuerpo con ferritina , una molécula densa en electrones , en lugar de un colorante fluorescente. El marcado con fe rritina puede aplicarse en los métodos directo e indirecto.

Antianticuerpo fluoresceinado adicionado Anticuerpo fluoresceinado

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Anticuerpo Antígeno

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Directo

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Introducción a la histología y técnicas histológicas básicas

tejido con un cubreobjetos, se aplica sobre él una capa delgada de emulsión fotográfica. Se coloca el tejido en una caja oscura durante unos cuantos días o semanas, durante los cuales las partículas emitidas del isótopo radiactivo exponen la emulsión sobre los sitios celulares en los que se localiza el isótopo. Se revela y fija la emulsión mediante técnicas fotográficas y se dejan pequeños gránulos de plata sobre las porciones expuestas de la emulsión. A continuación se sella el espécimen con un cubreobjetos y se observa con un microscopio de luz. Los gránulos de plata se hallan sobre las regiones del espécimen que incorporó el compuesto radiactivo. Se usa una autorradiografía para vigilar el tiempo de incorporación de prolina tritiada en la membrana basal subyacente a células endodérmicas del saco vitelino (fig. 1-6). Se ha empleado una adaptación del método de autoradiografía de la microscopia electrónica para demostrar que la prolina tritiada aparece primero en el citosol de las células endodérmicas, se desplaza a continuación al retículo endoplásmico rugoso, después al aparato de Golgi,

Fig. 1-4. Ejemplo de inmunocitoquímica directa. Se tifíeron inmunológicamente neuronas cultivadas de un ganglio cervical superior de rata con anticuerpo marcado con fluorescencia específico para el receptor de insulina. Las áreas brillantes corresponden a los sitios en los que se unió el anticuerpo a receptores de insulina. El patrón de tinción indica que los receptores están localizados en todo el citoplasma del soma y las prolongaciones pero no en el núcleo. (Tomado de James S, Patel, N, Thomas P, Burnstock G: Immunocytochemical localisation of insulin receptors on rat superior cervical ganglion neurons in dissociated cell culture. J Anat 182:95-100, 1993.)

Autorradiografía La a u torra diogra fía es un método en el que se incorporan isótopos radiactivos en macromoléculas, que a continuación se observan con el uso de una película de emulsión superpuesta.

La autorradiografía (radioautografía) es un método particularmente útil para localizar e investigar una secuencia temporal específica de fenómenos. El método exige incorporar un isótopo radiactivo casi siempre tritio (3H) en el compuesto estudiado (fig. 1-6). Un ejemplo es el empleo de un aminoácido tritiado para observar la síntesis y agrupamiento de proteínas. Después de inyectar el compuesto radio marcado en un animal se obtienen especímenes de tejido a intervalos de tiempo seleccionados. Se procesa el tejido en la forma usual y se coloca en un portaobjetos de vidrio; sin embargo, en lugar de sellar el

Fig. 1-5. Inmunocitoquímica indirecta. Se prepararon anticuerpos fluorescentes contra anticuerpos primarios contra colágena de tipo IV para demostrar la presencia de una lámina basal continua en la interfaz entre acumulaciones de células malignas y el tejido conectivo circundante. (Tomado de Kopf-Maier P, Schroter-Kermani C: Distribution 01' type VII collage in xenografted human carcinomas. Cell Tissue Res 272:395-405, 1993. Copyright Springer-Verlag. )

Introducción a la histología y técnicas histológicas básicas •••

a continuación hacia vesículas y por último a la matriz extracelular (fig. 1-7). De esta forma se demostró visualmente la secuencia de fenómenos que tiene lugar en la síntesis de colágena de tipo IV -la proteína principal en la lámina densa de la lámina basal.

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MICROSCOPIA ELECTRONICA

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El uso de electrones como fuente de luz en la microscopia electrónica permite lograr una amplificación y resolución mucho mayores que las obtenidas con la microscopia de luz.

En los microscopios de luz, las lentes ópticas enfocan luz visible (un haz de fotones ). En los microscopios electrónicos, los electromagnetos tienen la función de enfocar un rayo de electrones. Debido a que la longitud de onda de un rayo de electrones es mucho más corta que la de la luz visible, los microscopios electrónicos son en teoría capaces de obtener la resolución de dos objetos separados por 0.005 nm. Sin embargo, en la práctica la resolución del microscopio electrónico de transmisión (MET) es alrededor de 0.2 nm, aún más de 1 000 veces mayor que la resolución del microscopio de luz compuesto. La res olución del microscopio electrónico de barrido (MEB) se aproxima a 10 nm, considerablemente menor respecto de los instrumentos de transmisión. Más aún, los microscopios electrónicos modernos pueden amplificar un objeto hasta 150 000 veces; esta amplificación es lo bastante potente para observar macromoléculas individuales como DNA y miosina.

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Microscopia electrónica de transmisión En la microscopia electrónica de transmisión se utilizan cortes mucho más delgados, en comparación con 105 de la microscopia de luz, para teñir 105 tejidos y se requieren técnicas de precipitado de metales pesados en lugar de colorantes hidrosolubles.

La preparación de especímenes de tejido para microscopia electrónica de transmisión incluye las mismas etapas básicas que las de la microscopia de luz. Se han desarrollado fijadores especiales para la microscopia de luz de transmisión, ya que el poder de resolución mayor del microscopio electrónico requiere enlaces cruzados de proteínas más finos y específicos. Estos fijadores, por eje mplo soluciones amortiguadas de glutaraldehído, paraformaldehído, tetróxido de osmio y permanganato de potasio, no sólo preservan los detalles estructurales finos sino que también actúan como colorantes electrodensos, que permiten observar el tejido con el haz de electrones. Puesto que estos fijadores penetran en tejidos frescos, incluso en los que se emplean para la microscopia de luz , se infiltran piezas relativamente pequeñas de tejidos en grandes volúmenes de fijadores. Los bloques de tejido para microscopia electrónica de transmisión no suelen ser mayores de 1 mm 3 Se han creado medios de inclusión adecuados, como la resina epóxica, de tal modo que pue-

"

.

Fig. 1-6. Autorradiografla. Examen con microscopia de luz de la incorporación de prolina tritiada en la membrana basal en función del tiempo transcurrido desde la inyección de la prolina. En las fotomicrografías a a e, los gránulos de plata (puntos negros ) se localizan principalme nte e n las células endodérmicas; sin embargo, después de ocho horas (el), los gránulos de plata también se hallan en la m embrana basal. La prese ncia de gránulos de plata indi ca la localización de la prolina tritiada. (Tomado de Mazariegos MR , Leblon cr, van der Rest M: Radioautographic tracing of :3H -proline in endodennal cell s of the parietal yolk sac as an indicator of the biogenesis of basement membrane components. Am J Anat 179:79-93, 1987. Copyrigh t © 1987. Reprinted by permission of Wiley-Liss , lnc , a subsidiary of John Wiley & Sons, lnc. )

den cortarse los tejidos incluidos en plástico en cortes extremadamente delgados (ultradelgados ) (25 a 100 nm ) que no absorben el haz de electrones. Los haces de electrones se generan en una cámara de vacío mediante calentamiento de un filamento de tungsteno, el cátodo. A continuación se atraen los electrones al ánodo de carga positiva, una placa metálica en forma de rosquilla con un agujero central. Con una carga diferencial de alrededor de 60 000 voltios colocada entre el cátodo y el ánodo, los electrones que pasan a través del agujero en el ánodo tienen una alta energía cinética.

•

8 •••

Introducción a la histología y técnicas histológicas básicas

Fig. 1-7. Autorradiografía. En esta foto micrografía electrónica d e una célula endodé rmica de saco vitelin o son obvios gránulos de plata (similares a los de la figura 1-6), qu e representan la presencia de prolina tritiada recubrie ndo el re tículo e ndoplásmico rugoso (rER ), el aparato de e olgi (e ) y grúnul os secretorios (Se). La colágena de tipo IV, que es rica en prolina, se sinte tiza en células e ndodé rmicas y se libera a la membrana basal. La p rolina tritiada se conce ntra más e n organelos que participan e n la síntesis d e proteína. (Tomado de Mazariegos MH , Leblon C P, van de Hes t M: Hadioautographic trac:in g of 3 H-proline in endode nnal cells of the parie ntal yolk sac as an indicator of the biogenesis of base me nt me mbrane compone nts. Am J Anat 179:79-93, 1987. Copyright © 1987. Heprinted by pe rmission of Wiley- Liss, II1 C, a subsidiary of John Wiley & Sons, 1ne.)

Fig. 1-8. Citoquímica y grabado por congelación (criofractura ). Hé plica d el marcado por criofrac tura de una célula acina r pancreáti ca de rata. Se localizaron residuos d e N-ace til-d-galactosamina mediante el complejo de lectina y oro d e Helix poma.tia. que aparece n como puntos negros en la im agen. El nú cleo (Nu ) se meja una depresión, el re tículo e ndoplásmico rugoso (rER ) asume la forma de líneas paralelas y los gránulos secre torios (e ) parece n elevaciones o depres iones peque ñas. Las elevaciones (e ) represe ntan la mitad d e la cara E y las depresiones (asteriscos) la cara P d e la me mbrana del gránulo secre torio. (Tomado d e Kan F\VK, Be ndayan M: Topographical and planar distribution of Helix pomatia lec:tin-binding glycoconj ugates in secre tory granules and plasma me mbrane of pancreatic acinar cells of the rat: D e mon stration of me mbrane he te rogeneity. Am ] Anat 185 :165- 176, 1989. Copyright © 1989. Reproducida con autorización de Wiley-Liss, Inc , a subsidia,y of John Wiley & Sons , 1nc.)

Introducción a la histología y técnicas histológicas básicas ___

Se enfoca el haz de electrones en el espécimen mediante electro magnetos, que son análogos a las lentes condensadoras de un microscopio de luz (fig. 1-1 ). D ebido a que el tejido está teñido con metales pesados que se precipitan de manera preferencial en membranas lípidas, los electrones pierden parte de su energía cinética a medida que interactúan con el tejido. Cuanto más pesado sea el metal que encuentra un electrón , menos energía retendrá el electrón. Los electrones que salen del espécimen se someten a los campos electromagnéticos de varios electro magnetos adicionales, que enfocan el haz en una placa fluorescente. A medida que los electrones chocan con la placa fluoresc ente, se convierte su energía cinética en puntos de luz, cuya intensidad es una función directa de la energía cinética del electrón. Es posible llevar a cabo un registro permanente de la imagen resultante sustituyendo la placa fluorescente con una película sensible a electrones y produciendo un negativo a partir del cual pueden imprimirse una fotomi crografía en blanco y negro.

Micro scopia electrónica de barrido La microscopia electrónica de barrido proporciona una imagen tridimensional del espécimen .

A diferencia de la microscopia electrónica de transmisión, la de barrido se usa para observar la superficie de un espécimen sólido. Con esta técnica es posible ver una imagen tridim ensional del objeto . Por lo general, el objeto que se observa se prepara en una forma especial que permite depositar en la superficie del espécimen una capa delgada de un metal pesado, como oro o paladio.

9

A medida que el haz de electrones explora la superficie

del objeto, se reflejan algunos (electrones retrodispersos ) :' se exp ulsan otros (electrones secundarios) des de la capa de metal pesado. Los electrones retrodispersos y secundarios son capturados por detectores de electrones y se interpretan , comparan y muestran en un monitor como una im agen tridimensional (fig. 1-1 ). Es posible representar una imagen permanente fotografiándola o digitalizándola para guardarla en una computadora.

Técnica de fractura por congelación (criofractura) La estructura macromolecular de las superficies internas de la membrana se revela mediante el método de fractura por congelación o criofractura (fig. 1-8 ). Los especímenes congelados con rapidez que se trataron mediante criopreservadores no form an cristales de hielo durante el proceso de congelación; en consecuencia, el tejido no sufre un daíio mecánico. A medida que choca en el espécimen congelado una hoja de corte sumamente fría , fractura a lo largo de planos de segmentación, que son regiones de menor unión molecular; en las células la fractura ocurre con frecuencia entre las hojas interna y externa de la membrana. La cara de la fractu ra se recubre en un ángulo mediante platin o y carbón evaporados; con ello se forman acumulaciones de platino en un lado de una proyección pero no en el lado opuesto cerca de la proyección, generando así una réplica de la superficie. A continuación se digiere el tejido )' se examina la réplica mediante microscopia electrónica de transm isión. Este método permite mostrar las proteínas trans membranales de membranas celulares (fig. 1-8) .

•

Cito

asma •••

Las células son las unidades funcionales básicas de los organismos complejos. Las que se relacionan o son similares entre sí, así como las células que funcionan de una manera particular o tienen un propósito común se agrupan para formar tejidos. Los cuatro tejidos básicos (epitelio, tejidos conectivos , músculo y tejido nervioso ) que constituyen el cuerpo se un en para formar órganos, que a su vez se integran en sistemas. La labor de cada siste ma es específica, es decir, implica un conjunto de funcion es relacionadas, como digestión , reproducción o . . reSplraClOn. Aunque el cuerpo humano está conformado por más de 200 tipos diferentes de células, cada uno con una función diferente, todas las células poseen ciertas características unificadoras y por tanto pueden describirse en términos generales. Cada célula está rodeada por una membrana plasmática bilipídica, posee organelos que le permiten realizar sus funciones , sintetiza macromoléculas para su uso o secreción , genera energía y es capaz de comunicarse con otras células (figs. 2-1 a 2-4 ). El protoplasma, la sustancia viva d e la célula, se subdivide en dos compartimientos: citoplasma, que se extiende desde la membrana plasmática hasta la envoltura nuclear, y carioplasma, la sustancia que forma el contenido del núcleo. En este capítulo se detalla el citoplasma; el núcleo se com enta en el capítulo 3. El agua representa el mayor volumen del citoplasma y e n ella se disuelven o suspenden diversas sustancias inorgánicas y orgánicas. Esta suspensión líquida se denomina citosol y contiene organelos, estructuras metabólicamente activas que llevan a cabo funciones precisas (figs. 2-5 y 2-6 ). .-\demás , la forma de las células, su capacidad para moverse \. las vías intracelulares dentro de ellas se conservan por un sistema de túbulos y filam entos que se conoce como citosqueleto. Por último , las células contienen inclusiones , qu e consisten en productos accesorios metabólicos, formas de depósito de dive rsos nutrientes o cristales y pigmentos /

inertes. En los temas siguientes se describen la estructura y las funciones de los principales constituyentes de organelos , citosqueleto e inclusiones . ORGANELOS Los organelos son estructuras celulares metabólica mente activas que realizan funciones específicas.

Aunque algunos organelos se descubrieron mediante microscopia de luz, su estructura y función no se aclararon hasta el advenimiento de la microscopia electrónica, técnicas de separación y procedimientos bioquímicos e histoquímicos sensibles . Como resultado de la aplicación de estos métodos , hoy en día se sabe que las membranas de los organelos están compuestas de una bicapa fosfolipídica, que no sólo divide la célula en compartimientos sino que también proporciona áreas de superficie más grandes para las reacciones bioquímicas esenciales para la conservación de la vida.

Membrana celular La membrana celular forma una barrera permeable selectiva entre el citoplasma y el medio externo.

Cada célula está limitada por una membrana celular (también conocida como membrana plasmática o plasmalema) que actúa para: • • • •

Cons ervar la integridad estructural de la célula Controlar movimientos de sustancias hacia el interior y el exterior de la célula (permeabilidad selectiva) Regular interaccion es entre las células Reconocer, mediante receptores, antígenos y células extrai'í as así como células alteradas 11

12 ••• Citoplasma

Fig. 2-1. Fotomicrografía de células típicas de un mono (x 975 ). Obsérvese el núcleo azul y el citoplasma de color rosa. Pueden distinguirse con facilidad los límites de cé lul as individuales.

• • •

Actuar como una interfaz entre el citoplasma y el medio externo Establecer sistemas de transporte para moléculas específicas Transfe rir señales físicas o químicas extracelulares a fenómenos intracelulares

Las membranas celulares no son visibles con el microscopio de luz. En micrografías electrónicas, el plasmalema tiene alrededor de 7.5 nm de grosor y aparece como una estructura trilaminar de dos líneas densas y delgadas , con

u n área lúcida intermedia. Cada capa tiene alrededor de 2.5 nm de ancho y la estructura completa se conoce como unidad de membrana (fig. 2-7 ). La línea de nsa más interna (citoplásmica) es su hojuela más interna; la línea densa externa es la hojuela externa.

Composición molecular El plasma lema se compone de una bicapa fosfolipídica y proteínas integrales y periféricas relacionadas.

Fig. 2-2. Células de Purkinje de cerebelo de un mono ( x540 ). Obsérnvese las prolongaciones en ramificación largas (dendritas) de estas células . El núcleo está localizado en la porción más ancha de la célula.

Citoplasma

Fig. 2-3. Neuronas motoras de médula espinal humana ( X540). Estas células nelviosas tienen múltiples ramificaciones (axones y dendritas ). Se ven claramente el núcleo colocado en el centro y el nucleolo grande único. Las características más notables del citoplasma son los cuerpos de :--J issl (retículo endoplásmico rugoso ).

Cada hojuela se conforma con una capa de fosfolípidos y proteínas vinculadas , casi siempre en una proporción 1:1 por peso. Sin embargo, en ciertos casos, como en las vainas de mielina, el componente lípido sobrepasa al proteínico en una proporción de 4:1. Las dos hojuelas, que componen

Fig. 2-4. Células caliciformes de colon de mono (X 540). Algunas células, como las caliciformes, se especializan en la secreción de materiales. Estas células acumulan mucinógeno, que ocupa gran parte del volumen de la célula y a continuación lo liberan a la luz del intes tino. Durante el procesamiento del tejido se extrae el mucinógeno y deja espacios ,

v aCIOS.

••

13

una bicapa lipídica en la cual se suspenden proteínas, integran la estructura básica de todas las membranas celulares (fig. 2-8 ). Cada molécula fosfolipídica de la bicapa lipídica está compuesta por una cabeza polar, localizada en la superficie de la membrana, y dos colas aciloadiposas largas no polares que se proyectan hacia el centro del plasmalema (fig. 2-8). Las colas aciloadiposas no polares de las dos capas se encuentran una frente a la otra dentro de la membrana y forman uniones no covalentes débiles entre sí, que sostienen junta la bicapa. Debido a que la molécula fosfolipídica se conforma con una cabeza hidrofílica y una cola hidrofóbica, se dice que la molécula es anfl.pática. Las cabezas polares están integradas por glicerol, al cual están unidos grupos nitrogenados de carga positiva por un grupo fosfato de carga negativa. Las dos colas aciloadiposas, de las que sólo una suele estar saturada, están unidas de manera covalente al glicerol. En la membrana celular también se encuentran otras moléculas anfipáticas , como glucolípidos y colesterol. Las moléculas aciloadiposas no saturadas incrementan la fluidez de la membrana, en tanto que el colesterol la atenúa. Los componentes proteínicos del plasmalema abarcan la totalidad de la bicapa lipídica como proteínas integrales o están unidas a la superficie citoplásmica de la bicapa lipídica como proteínas periféricas. Debido a que la mayor parte de las proteínas integrales pasa a través del grosor de la membrana, también se denominan proteínas transmembranales. Las regiones de proteínas transmembranales que se proyectan al citoplasma o el espacio extracelular están compuestas de aminoácidos hidrofílicos, mientras que la región intramembranal se forma con aminoácidos hidrofóbicos. Las proteínas transmembranales crean con frecuencia canales iónicos y proteínas portadoras que

14 ••

Citoplasma

/, uránulo de secreción

_---/7' Microtúbulos Microfilamentos Nucleolo Retículo endoplásmico rugoso

Microvellosidades

Membrana plasmática

Aparato de Golgi

'- '

Retículo endoplásmico liso

Envoltura nuclear

!

Mitocondria

Lisosoma

Fig. 2-5 . Esquema tridimensional de una célul a idealizada, como se observa mediante microscopia electrónica. Se muestran varios organelos y elementos citosqueléticos.

facilitan el paso de iones y moléculas específicos a través de una membrana celular. Muchas de estas proteínas son muy largas y plegadas, de tal manera que representan varios pasos a través de la membrana y en consecuencia se conocen como proteínas multipasos (fig. 2-8 ). Las superficies citoplásmica y extracitoplásmica de estas proteínas tienen a menudo sitios receptores que son específicos para moléculas de señalamiento particulares. Una vez que se reconocen estas moléculas en estos sitios receptores, las proteínas integrales pueden modificar su forma y llevar a cabo una función específica. Dado que las mismas proteínas de membrana integrales tienen la capacidad de flotar como icebergs en el mar de fosfolípidos, este modelo se conoce como modelo de mosaico líquido de estructura membranal. Sin embargo, muchas veces las proteínas integrales sólo poseen una movilidad limitada, en especial en células polarizadas, en las que regiones particulares de la célula tienen funcion es especializadas. Las proteínas periféricas no forman casi nunca union es covalentes con proteínas integrales o los componentes fosfolipídicos de la membrana celular. Aunque habitualmente están localizadas en la superficie citoplásmica de

la membrana celular, en ocasiones pueden estar en la superficie extracelular. Estas proteínas pueden formar uniones, sea con las moléculas fosfolipídicas o con las proteínas transmembranales. Con frecuencia se vinculan con el siste ma mensajero secundario de la célula (véase más adelante ) o con el aparato citosquelético. Mediante técnicas de fractura por congelación es posible segmentar la membrana plasmática en sus dos hojuelas a fin de observar las superfici es hidrofóbicas (figs. 2-9 y 2-10 ). La superficie ext erna de la hojuela interna se denomina cara P (más cerca del protoplasma); la superficie más interna de la hojuela externa se llama cara E (más cerca del espacio extracelular). Las micrografías electrónicas de membranas plasmáticas fracturadas por congelación muestran que las proteínas integrales, que se observan sombreando replicaciones, son más numerosas en la cara P que en la cara E (fig. 2-10).

Glucocáliz El glucocáliz, compuesto por lo general por cadenas de carbohidratos, recubre la superficie celular.

Citoplasma _ _ _

15

~-----CM

RER

G-

Fig. 2-6. F otomicrog rafía de un a cé lula acin ar de la glándula uretral de un ratón que ilustra el aspecto el e algunos organe los ( X 1l 327). M , mitocon elri a; e, aparato ele eolgi; N, núcleo; U, nuc!eolo ; se, gránu los secretorios ; REIl , retículo endoplásmico rugoso; CM , me mbrana celular. (Tomaclo de Parr MB , Ren HP, Kepple L , et al: Ultraes tructure and morphometry of the urethraJ glands in normal, castrateel, mice. Anat Rec 236:449-458, 1993. Copyright © 199.3 Reimpreso con autorización ele vViley Liss, 1ne, una subsidiaria ele John Wiley & Sons, 1nc. )

-

SG

-

M

-N

u-

En micrografías electrónicas de la membran a celular es evidente con frecuencia una capa vellosa, que se conoce como capa celular o glucocáliz. Por lo regular, esta cubierta se compone de cadenas de carbohidratos unidas de manera covalente a proteínas transmembranales, moléculas de fosfolípidos, o ambas , de la hojuela externa (fig. 2-8). Además , tam bién contribuyen a su formación algunas de las moléculas de la matriz extracelular, adsorbidas a la superficie celular. Son variables su intensidad y grosor, pero pueden ser tan gruesas como 50 nm en algunas vainas epiteliales, como las regiones de recubrimiento del sistema digestivo. Debido a sus múltiples grupos sulfato y carboxilo de carga negativa, el glucocáliz se tiñ e intensamente con lectinas y colorantes, como el rojo de rutenio y el azul de Alsacia, que permiten observarlas con microscopia de luz. La función más importante del glucocáliz es proteger a la célula de la interacción con proteínas inapropiadas y lesiones químicas y físicas . Otras funciones de la cubierta celular incluyen el reconocimiento y adheren cia de célula con célula, como ocurre entre células endoteliales y neutrófilos , en la coagulación de la sangre y en reacciones inflamatorias.

Proteínas de transporte de la membrana Las proteínas de transporte de la membrana facilitan el movimiento de moléculas acuosas y iones a través del plasmalema.

Aunque los componentes hidrofóbicos de la membrana plasm ática limitan el paso de moléculas polares a través de ella, la presencia y actividades de proteínas transmem branales especializadas facilitan la transferencia de estas moléculas hidrofílicas a través de esta barrera. Dichas proteínas tran smembranales y complejos proteínicos forman proteínas de canales y proteínas transportadoras, que se relacionan específicamente con la transferencia de iones y moléculas pequ eñas a través de la membrana plasm ática. A través de la membrana celular pu eden pasar unas cuantas moléculas apolares (p. ej., bencen o, oxígeno, nitrógeno) y mol éculas polares sin carga (como agua, glicerol) mediante difusión simple contra sus gradientes de concentración. Sin embargo, incluso cuando son impulsadas por un gradiente de concentración, el paso de la mayor

16 ••• Citoplasma

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Fig. 2-7. Uni ón entre dos células que demuestra las estructuras trilaminares de las dos me mbranas celulares ( X240 000 ). (Tomado de Leeson TS , Leeson e R, Papparo AA:Textl Atlas of Histology. Philadelphi a, WB Saunders, 1988 )

•

•

parte de los iones y moléculas pequeñas a través de una membran a requiere la ayuda de proteínas de transporte de la membrana, sea proteínas del canal o proteínas transportadoras. Este proceso se conoce como difusión facilitada. D ebido a que ambos tipos de difusión ocurren sin ningún ingreso de en ergía, aparte del inherente al gradiente de concentración, representan transporte pasivo (fig. 2-11 ). Mediante gasto de energía, las células pueden transportar iones y moléculas pequeñas contra sus gradientes de concentración. Sólo las proteínas transportadoras pueden mediar dicho transporte activo, que requiere energía. Se

com entan primero las diversas proteínas de canales que participan en la difusión facilitada y posteriorm ente se consideran las proteínas transportadoras más versátiles.

Proteínas de canales Las proteínas de canales pueden controlarse (con compuerta) o no (sin compuerta); son incapaces de transportar sustancias contra un gradiente de concentración.

Espaci.o extracelular

Glucoproteína

Glucolípido

!

Hojuela externa

Hojuela interna de ácido graso

Proteína periférica

Proteína integral

Cabeza polar Citoplasma

Fig. 2-8.

Represe ntación tridim ensional del modelo de mosai co de líqu ido el e la membrana celular.

Citoplasma ••• 17

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Hoj uela externa

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Ciclasa de adeni lato

GTP

Ciclasa de adenilato activada

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SUbunida7 G alfa activada

cAMP + PPi

Fig. 2-12. Heceptor uni do a proteína G. Cuando la mo lécula de sel'ialamiento e nt ra e n contacto con su receptor, se disocia la subunidad al fa de la proteína G y e ntra en con tacto y activa ciclasa de ade nilato , que convie rte el tri fosfato de adenosina (ATP ) en 1l1onofosfato de adenosina cícli co (cAMP ). GTP, tri fosfato de guanosina; GDr, difosbto de guanosiml; PPi, pirofo s[ato.

21

alfa hidroliza su CTP en CDP, se desprende de la ciclaSá de adenilato (yen consecuencia la desactiva) y se asocia nuevamente a las subunidades beta y gamma. La C¡ se comporta en forma similar a la C s, pero en lugar de activar la ciclas a de adenilato, la inhibe, de tal modo que no se produce cAMP. La falta de cAMP impide la fosforilación y por tanto la activación de enzimas, que precipitarían una reacción particular. Por consiguiente, la unión de un ligando particular a un receptor específico puede activar o inactivar la célula, según sea el tipo de proteína C que se acopla a la ciclasa de adenilato. AMP cíclico y su función como segundo mensajero. El cAMP es una molécula de señalamiento intracelular que activa a la cinas a de proteína dependiente de cAMP (cinasa A) y se une a ella. La cinasa A activada se disocia hacia su componente regulador y dos subunidades catalíticas activas. Estas últimas fosforilan otras enzimas en el citosol y por tanto inician una cascada de fosforilaciones y su efecto es una respuesta específica. Valores elevados de cAM P en ciertas células tienen como resultado la transcripción de los genes , cuyas region es reguladoras poseen elementos de respuesta de cAMPo Se fosforila una cinasa A y en consecuencia se activa una proteína reguladora de gen conocida como proteína de unión de los elementos de respuesta de cAMP, cuyo acoplamiento a estos últimos estimula la transcripción de dichos genes. Mientras se encuentre cAMP en una concentración alta suficiente, se sus cita una reacción particular de la célula blanco. Para prevenir respuestas de duración indebidamente prolongada, el cAMP se degrada con rapidez por acción de las fosfodiesterasas de cAMP en 5' -AMP, que es incapaz de activar la cinasa A. Todavía más , las enzim as fosforiladas durante la cascada de fosforilaciones se desactivan y se desfosforilan por otras series de enzimas (fosfatasas de fosfoproteína serina/treonina). Señalamiento a través de la proteína C o • Cuando se une un ligando al receptor ligado a proteína C o , el receptor altera su configuración y se une a C o ' Esta proteína trimérica se disocia y su subunidad activa la fosfolipasa C , la enzima que tie ne a su cargo la segmentación del difosfato de fosfatidil inositol fosfolípido (PIP 2) en IP 3 Y diacilglicerol. El IP.3 deja la membrana y se difunde en el retículo endoplásmico, en donde propicia la liberación de Ca h - otro segundo mensajero hacia el citosol. El diacilglicerol permanece unido a la hojuela interna de la mem brana plasmática y, con ayuda de Ca"+ , activa la enzima cinasa de proteína C (cinasa C). A su vez, la cinasa C precipita una cascada de fosforilación cuyo resultado final es la activación de proteínas reguladoras de gen que inician la transcripción de genes específicos . El IP 3 se inactiva con rapidez por la desfosforilación y el diacilglicerol se cataboliza en el tran scurso de unos cuantos segundos después d e form arse. Estas acciones aseguran que las res puestas a un ligando tengan una duración limitada. Ca 2 + !J calmodulina. Puesto que el Ca2 + citosólico actúa como un segundo mensajero importante, la célula debe controlar de manera cuidadosa su concentraci de señal /j' segmentada

- Peptidasa de señal

Carlohidrato

I

Proteína terminada

Retículo endoplásmico rugoso

Fig. 2-16. Esquema de la síntesis de proteín as en el retículo endoplás mico rugoso. mRNA , ácido ribonucl eico mensajero; SRP, partícula de reconocimiento de señal.

1. Ensamble de proteínas de poro para formar un poro a través de la bicapa lipídica del RER. 2. El péptido de señal entra en contacto con la proteína de poro y comienza a translocars e (primero la terminal amino) hacia la cisterna del RER. 3. La SRP se desaloja, entra nuevamente en el citosol y libera el sitio P en la subunidad ribosómica pequeña. El ribosoma permanece en la superficie del RER. 4. A medida que se reanuda la traducción, la proteína naciente continúa su canalización hacia la cisterna del RER. 5. Una enzima unida a la superficie cisternal de la membrana del RER, conocida como peptidasa de señal, segmenta el péptido de señal de la proteína en formación. El péptido de señal se degrada hacia sus componentes aminoácidos . 6. Como se detalló previamente, cuando se llega al codón de detención , se completa la síntesis de proteínas y se disocian las subunidades ribosóm icas pequeña y grande y penetran de nueva cuenta en el citosol para unirse al fondo común de subunidades ribosómicas. 7. Las proteínas recién formadas se pliegan, glucosilan y sufren modificaciones postraduccionales adicionales dentro de las cisternas de RER. S. Las proteínas modificadas salen de la cisterna a través de vesículas de transporte pequeñas (sin una cubierta de clatrina) a regiones del RER desprovistas de ribosomas.

Aparato de Golgi El aparato de Golgi actúa en la síntesis de carbohidratos y en la modificación y selección de proteínas elaboradas en el RER.

Las proteínas elaboradas y agrupadas en el RER siguen una vía de omisión al aparato de Golgi para modificación postraduccional y agrupamiento. Las proteínas destinadas a permanecer en el RER o pasar a un compartimiento, además del aparato de Golgi, poseen una señal que las deriva de la vía de omisión. El aparato de Golgi está compuesto por una o más series de cisternas unidas a me mbranas aplanadas , ligeramente curvas , la denominada pila de Golgi, que semeja una pila de panes pita sin contacto completo entre sí (figs. 2-17 a 2-19 ). La periferia de cada cisterna está dilatada y bordeada con vesículas que se hallan en proceso de fusionarse o desprenderse de ese compartimiento particular. Cada pila de Golgi tiene tres niveles de cisternas: • • •

La cara cis (o red de Golgi cis ) La cara medial (cara intermedia) La cara trans

La cara cis es la más cercana al RER. Es de forma convexa y se conside ra la cara de entrada, ya que las proteínas recién formadas del RER penetran en la cara cis antes que en las otras cisternas del aparato de Golgi. La cara transo es de forma cóncava y representa la cara de salida, dado que la proteína modificada está lista para empacarse y enviarse a su destino a partir de ese sitio. Existen dos compartimientos adicionales de interés, uno vinculado con la cara cis y el otro con la cara trans. Entre el RER y la cara cis del aparato de Golgi se ubica un compartimiento de vesículas intermedio, el retículo endoplásmico/compartimiento intermedio de Golgi (RECIG), y la red de Golgi trans (RGT), situada en el lado distal del aparato de Golgi. El REClG, que también recibe el nombre de complejos tubulovesiculares, es una colección de vesículas y túbulos formados por la fusión de

Citoplasma •••

Retículo endoplásmico

27

• •

RE transicional _-.: Vesículas de transporte ~=~

Fig. 2-17. Esque ma que ilustra el re tícul o e ndoplásmico rugoso y el aparato de Golgi. Las vesículas de transfe rencia contienen proteína recié n sintetizada y se transportan al REC l G y d e éste al aparato de Golgi. La proteína se modifica en las dive rsas caras del compl ejo de Golgi y pe netra en la red de Golgi trans para agrupami e nto. RE , re tículo endoplásmico; RECIG , re tículo endop lásmico/ compartimi e nto inte rm edio de Golgi.

REC IG - - - - - - - - ' Cara ., _ _ _ __ --= Cara medial """,~-~2

Cara

Red de Golgi trans - - - - - - -- - --}-

~::::::",~ G ránu los secretorios

-=======~:b~'~': O

Vesículas lisas y recubiertas

vesículas de transferencia derivadas de la cisterna final del RER , que se conoce como el retículo endoplásmico transicional (RET). Estas vesículas de tran sferencia se desprenden del RET y contienen proteínas recientes sintetizadas en la superficie modificadas dentro de las cisternas del RER. Las vesículas derivadas del RE ClG siguen su camino v se fusionan con la periferia de la cara cis del aparato de Golgi, llevando en consecuencia la proteína a su compartimiento para una modificación adicional. Las proteínas modificadas se transfieren de las ciste rnas cis a las cisternas medial y por último a la trans a través de vesículas que se desprenden y fusionan con los bordes del compartimiento particular (fig . 2-20 ). A medida que pasan las proteínas

Fig. 2-18. Fotom icrografía del aparato de Golgi de epidídimo de rata. ER , re tículo endopl ás mico ; TGN , red d e Golgi trans; m, mitoeondri a; los núme ros representan los sáculos del aparato de Golgi. (Tomado de H e rm o L , Green H , Clermont Y: Golgi apparatus of epitheli al principal cells of th e epe ndym al initial segme nt 01' th e rat: Structure, relati onship \Vith e ndoplasmic r e tic ulum , and role in th e formation of secre tory vesicles. Anat Rec 229: 159-176, 1991. Copyri ght © 1991. Reimpreso con autorización de Wiley-Liss, 1ne, una subsidiaria de John Wiley & Sons, lne. )

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a través del aparato de Golgi, se modifican dentro de la pila de Golgi. Las proteínas que forman los núcleos de moléculas de glucoproteína se glucosilan notoriamente, en tanto que otras proteínas adquieren o pierden moléculas de azúcar. La fosforilación de manosa tiene lugar dentro de la cisterna de la cara cis, mientras que la remoción de manosa de ciertas proteínas sucede dentro de los compartimientos cis y medial de la pila de Golgi. D entro de las cisternas medias se añade N -acetilglucosamina a la proteína. La adición de ácido siálico (ácido N-acetilneuramínico ) y galactosa y también la fosforilación y sulfatación de aminoácidos se observan en la cara transo

28 •••

Citoplasma

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Fig. 2 -19. A, vista frontal de la red ele Golgi cis e n una espermátide e n etapa 6. El sácul o cis-most es una reel regul ar de t(¡bulos memb ranosos anas to móticos , coron ados por e l retículo eneloplásm ico. Bajo e l sáeul o de Golgi cis se ve n algunos ele los sáculos meel iales con me nos po ros pe ro más gran eles y más irregul ares. B, vista h ontal de otra red de Golgi cis e n una espe rmátiele e n e tapa 6. Obsérvese la fe nestración e n los bordes el e los sác ulos el e Golgi tmns irregulares. (Tomado de H o He , Tang CY, Suarez ss: Three-dimensio nal structure of th e Golgi apparatu s in mouse spe nn atids: A scanning elcctro n microscop ic stuely. An at Rec 2.56:189- 194, ] 999. Copyright © ¡ 999. Heimpreso con autorización de Wil ey Liss , 1nc, una subsidi aria ele John Wil ey & Sons , 1nc. )

Vesículas relacionadas con el aparato de Golgi y el retículo endoplásmico rugoso Las vesículas relacionadas con el RER y el aparato de Golgi poseen una cubierta proteínica y también marcadores de superficie.

Las vesículas que transportan proteínas (cargo) entre organelos y regiones de és tos deben ten er un camino para desprenderse del organelo y deben marcarse hacia su destin o. El proceso de desprendimiento se facilita por el ensam ble de una cubierta protein ácea en la superficie citosólica del organelo. Se sabe qu e existen tres tipos de proteínas que suscitan la formación de vesículas que llevan cargo: coatómero 1 (COP 1), coatómero II (COP I1) y clatrina. E n el sitio de formación de la futura vesícula coalescen estas proteín as, se unen a la membrana, sacan la ve sícula y recubren su superficie citosólica. En conse cuencia, hay vesículas recubiertas de COP 1, COP n y clatrina. Las vesículas de transporte que salen del RET siempre son COP n hasta que llegan al RE C IG, en donde eliminan su cubierta de COP n, que se recicla. Las vesículas que provienen del RECI G para llevar cargo recién transportado a la cara cis requieren la ayuda de COP 1, al igual que todas las otras vesículas que prosiguen a través de la cara medial hacia la tran s y la red de Golgi tra nso Sin embargo,

la mayor parte de las vesículas qu e provienen de la red de Golgi t-rans necesita la clatrina para formars e . El mecanismo de transporte tiene un aspecto de control de calidad, ya que si las proteínas que residen en el RER (o RET) se agrupan en vesículas y estas mol éculas "polizón" llegan al RECIG , regresan al RER en vesículas recubiertas de CO P 1. Esto se denomina transporte retrógrado, en contraste con el transporte anterógrado de cargo, descrito antes. Como estas vesículas se forman en un sitio particular de la célula y deben llegar a su destino, hay que considerar un grupo adicional de información , es decir, có mo se tran sportan las vesículas a su destino. Aunque son conceptos interesantes de estudiar, la complejidad del mecanismo impide un comentario completo en este capítulo; en su lugar se presenta una revisión sumaria. (Para mayor información, consúltese un texto de biología celular. ) A medida que se for111an vesículas que contienen cargo, no sólo poseen una cubierta de coatómero o clatrina sino tambi én otros marcadores y receptores de sup e rficie. Algunos de estos receptores interactúan con microtúbulos y los complejos de proteína motora que se encargan del movimiento de las vesículas. Como se com entó (véase Citosqu eleto ), los microtúbulo s son estructuras largas, rectas y rígidas de aspecto tubular qu e se originan en el centro de organización de microtúbulos (COMT) de la célula y se extienden hacia su periferia. El COMT se localiza en la cercanía del complejo de Golgi y estas terminaciones de los microtúbulos se conocen

Citoplasma _ _ •

como extremo negativo; la otra terminación de cada túbulo, cerca de la periferia de la célula, es el extremo positivo. El motor molecular que impulsa vesículas hacia el extremo negativo (al COMT) es la din eína y su complejo proteínico accesorio. El motor molecular que lleva las vesículas al extremo positivo (lejos del COMT) es la cinesina y su complejo proteínico adjunto. Por consiguiente, las vesículas que derivan del RE y RECIG se impulsan hacia el COMT por acción de la dineína, en tanto que a las vesículas que salen del complejo de Golgi en una dirección retrógrada hacia el RECIG o el RER las impulsa la cinesina.

El cargo que deja la RGT está encerrado en vesículas que pueden llevar a cabo una de las siguientes funcion es (fig. 2-20 ): •

Insertarse en la me mbrana celular como proteínas y lípidos de membrana Fusionarse con la membrana celular de tal manera que la proteína que transportan se libera inmediatamente hacia el espacio extracelular Congregarse en el citoplasma cerca de la membrana celular apical en la forma de gránulos secretorios (vesículas) y, a una señal determinada, fusionarse con la membrana de la célula para la liberación final de la proteína fue ra de la célula Fusionarse con endosomas tardíos (véase más adelante ), liberando su contenido hacia dicho organelo, que se constituye entonces en un lisosoma

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Selección en la red de Golgi trans La red de Golgi trans se encarga de disponer las proteínas

•

en sus vías respectivas de tal manera que lleguen a la membrana plasmática, gránulos secretorios o lisosomas.

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Fig. 3-11. Ci d o celular. Esquema que ilu stra el ciclo celular en células de di visión activa. Las cé lulas qu e no se dividen, como las neuronas , salen del ciclo pa ra pasa r a la fase Go (etapa de reposo ). Otras células, como los linfocitos , pueden regresar al ciclo celular.

60 ••• •

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Núcleo

Fase G I (gap , en inglés intervalo, lapso ), cuando se inicia la síntesis de macromoléculas esenciales para la duplicación del DNA Fase S (síntesis), en la que se duplica el DNA Fase G 2 , cuando la célula se prepara para la mitosis

Las células que se tornan altamente diferenciadas después del último fenómeno mitótico pueden dejar de experimentar mitosis, sea de manera permanente (p. ej. , neuronas , células musculares) o temporal (como los linfocitos periféricos ) y regresar al ciclo celular tiempo después. Se dice que las células que terminaron el ciclo celular se encuentran en una etapa de reposo, la fase G o (outside, fuera) o fase estable.

celular se transmutan en fenómenos intracelulares, la mayor parte de los cuales incluye la activación secuencial de una cascada de cinasas de proteínas citoplásmicas. Estas cinasas activan una serie de factores de transcripción intranucleares que regulan la expresión de protooncogenes y dan por resultado la división celular. La capacidad de las células para iniciar y proseguir a través del ciclo celular está regida por la presencia e interacciones de un grupo de proteínas relacionadas conocidas como ciclinas con cinasas dependientes de ciclina (CDK, cyclin-dependent hnases). En consecuencia: •

Interfase La interfase, que es el tiempo entre los fenómenos mitóticos, se subdivide en tres fas es, gap 1, síntesis y gap 2.

•

•

Gap 1 La fase G, (gap 1) es un periodo de crecimiento celular, síntesis de RNA y otros fenómenos en preparación para la mitosis siguiente.

Las células hijas que se forman durante la mitosis entran en la fase G I • Durante esta fase, las células sintetizan RN A, proteínas reguladoras esenciales para la replicación del DNA y enzimas necesarias para llevar a cabo estas actividades de síntesis. En consecuencia, se normaliza el volumen celular, que se redujo por la división de la célula a la mitad durante la mitosis. Además, durante la fase G I se restablecen los nucleolos. Durante este periodo comienzan a duplicarse por sí mismos los centriolos, un proceso que termina hacia la fase G z. Los desencadenantes que inducen a la célula para que ingrese al ciclo celular pueden ser a) una fu erza mecán ica (p. ej., estiramiento de músculo liso ), b) lesión del tejido (como isquemia) y c) muerte celular. Todos estos incidentes provocan la liberación de ligandos por células de señalamiento en el tejido relacionado. Con frecuencia, estos ligandos son factores de crecimiento que inducen de mane ra indirecta la expresión de protooncogenes, que son genes que tienen a su cargo el control de las vías proliferativas de la célula. Debe ser obvio que la expresión de protooncogenes debe regularse de manera muy rígida a fin de prevenir la proliferación celular indeseada y descontrolada. De hecho, las mutaciones en los protooncogenes que permiten que la célula escape al control y se divida en una forma no restringida son las que producen muchos cánceres. Estos protooncogenes mutados se conocen como oncogenes. Los ligando s designados para inducir la proliferación se unen a proteínas receptoras de la superficie celular de la célula blanco y activan una de las vías de transducción de señal, que se describen en el capítulo 2. Por lo tanto, las señales extracelulares que se perciben en la superficie

La ciclina D, que se sintetiza durante la fase G I temprana, se une a CDK 4 y también a CDK 6. Además, en la fase G I tardía se sintetiza la ciclina E y se une a CDK 2. Estos tres complejos, a través de otros intermediarios, permiten que la célula entre a la fase S y progrese a través de ella La ciclina A se une a CDK 2 y CD K 1 y estos complejos permiten que la célula salga de la fase S y entre a la fase G z e inducen la formación de ciclina B La ciclina B se une a CDK 1 y este complejo hace posible que la célula deje la fase G z y entre a la fase M

Una vez que las ciclinas llevaron a cabo sus funciones específicas , ingresan a la vía de ubiquitina y proteosoma, en donde se degradan en sus moléculas compon entes. La célula también utiliza mecanismos de control de calidad, que se conocen como puntos de control, para prevenir la transición temprana entre las fases. Estos puntos de control aseguran que se terminen de manera meticulosa los fenóm enos esenciales, como crecimiento celular adecuado, síntesis correcta de DNA y segregación apropiada del cromosoma, antes de permitir que la célula deje su f~lse actual del ciclo celular. La célula lleva a cabo estos retrasos en la progresión a través del ciclo celular mediante la activación de vías inhibidoras , vías supresoras de la activación, o ambas. Los mecanismos reales de control son considerablemente más participativos y complicados que las etapas descritas. La secuencia completa de las etapas está más allá del objetivo de este libro de texto. (Para mayores detalles, véase libros de textos importantes de biología celular y tam bién la bibliografía actual sobre ciclo celular.)

Fase S Durante la fase S ocurre la síntesis de DNA.

En el transcurso de la fase S, que es la fas e de síntesis del ciclo celular, se duplica el genoma. Se obtienen e incorporan todas las nucleoproteínas indisp ensables, incluidas las histonas, dentro de la molécula de DNA, con lo cual se forma el material de la cromatina. La célula contiene ahora el doble de complemento normal de su DNA. La cantidad de este último que se encuentra en células autosómicas y germen también es variable. Las células autosómicas contienen la cantidad diploide (2n ) de DNA; en la fase de síntesis (S) del ciclo celular se duplica (4n) la

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Profase 11 Se condensan los cromosomas de las dos células hijas nuevamente en preparación para una segunda división meiótica.

Fig. 3-17.

Véase el pie de figura en la página opu esta.

Metafase 11 A continuación migran los cromosomas al ecuador.

Anafase 11 Los cromosomas recién separados de las dos células hijas se mueven hacia polos opuestos del huso.

¡.olo:r--- Telofase 11 Se contraen las células a través de la membrana nuclear. Se forman cuatro núcleos haploides, cada uno con un miembro de cada par de cromosomas del núcleo original.

atriz extrace u ar •••

Las células de los microorganismos multicelulares se integran para formar relaciones estructurales y funcionales conocidas como tejidos. Cada uno de los cuatro tejidos básicos del cuerpo - epitelio, tejido conectivo, músculo y tejido ne rvioso- posee caractelisticas específicas y definidas que se detallan en capítulos subsecuentes. Sin embargo, todos los tejidos están compuestos de células y una matriz extracelular, un complejo de macro moléculas inanimadas elaborado por las células y eliminado por ellas hacia el espacio extracelular. Algunos tejidos, como el epitelio , forman láminas de células con sólo una cantidad e scasa de matriz extracelular. En el extremo opuesto se encuentra el tejido conectivo , constituido principalmente de matriz extracelular, con un núm ero limitado de células dise minadas en toda la matriz. Las células conservan sus relaciones con la matriz extracelular y forman uniones especializadas que las unen con las macro moléculas circundantes. En este capítulo se analizan la naturaleza de la matriz extracelular y las relaciones de unión que forman entre sí las células. La matriz extracelular del tejido conectivo, el tejido conectivo más común del cuerpo , se compone de una sustancia fundamental hidratada similar a un gel, con fibras incluidas en ella. La sustancia fundam ental resiste fu erzas de compresión y las fibra s soportan fuerzas de tensión. El agua de hidratación permite el intercambio rápido de nutrientes y productos de desecho transportados por el líquido extracelular a medida que se filtra a través de la sustancia fundamental (fig. 4-1).

SUSTANCIA FUNDAMENTAL La sustancia fundamental es un material amorfo semejante a gel compuesto de glucosaminoglicanos, proteoglicanos y glucoproteínas.

La sustancia fundamental se integra con glucosaminoglicanos (GAG), proteoglicanos y glucoproteínas de adherencia. Estas tres familias de macromoléculas

forman diversas interacciones entre sí, con fibras y las células de tejido conectivo y epitelio (fig. 4-2 ).

G I ucosam i n09 I ¡canos Los GAG son cadenas parecidas a bastones, largas, con carga negativa y de disacáridos repetidos que tienen la capacidad de unir grandes cantidades de agua.

Los GAG son polisacáridos largos , inflexibles, sin ramificacion es, compuestos de cadenas de unidades repetidas de disacáridos. Uno de los dos disacáridos de repetición sie mpre es un azúcar amino (N-acetilglucosamina o N-ace tilgalactosamina); el otro es de manera característica un ácido urónico (idurónico o glucurónico ) (cuadro 4-1 ). Debido a que el azúcar amino suele sulfatarse y dado que estos azúcares también tienen grupos carboxilo que se proyectan desde ellos, tienen una carga negativa y por tanto atraen cationes, como sodio (N a+). U na concentración alta de sodio en la sustancia fundam ental atrae líquido extracelular, que (por hidratación de la matriz intercelular) favorece la resistencia a fu erzas de compresión. A medida que estas moléculas entran en proximidad cercana entre sí, su carga negativa las repele, lo que da lugar a que tengan una textura resbaladiza, como lo demuestran el lustre del moco , el humor vítreo del ojo y el líquido sinovial. Con excepción de uno de los GAG mayores de la matriz extracelular, todos los demás son sulfatados y consisten en menos de 300 unidades de disacáridos repetidas (cuadro 4-1 ). Los GAG sulfatados incluyen sulfato de queratán, sulfato de heparán, heparina, sulülto de condroitina 4, sulfato de condroitina 6 y sulfato de dermatán. Estos GAG se unen a menudo de manera covalente a moléculas de proteínas para formar proteoglicanos. El único GAG no sulfatado es el ácido hialurónico, que puede tener hasta 25 000 unidades de disacáridos repetidas. Es una macromolécula enorme que no forma enlaces covalentes con moléculas de proteínas (aunque los proteoglicanos se unen a ella mediante proteínas de enlace) .

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Matriz extracelular

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Muchos proteoglicanos , en especial el agrecán, una macro molécula que se encue ntra en cartílago y tejido conectivo, se unen al ácido hialurónico (fig. 4-3 ). La forma de unión incluye una interacción iónica no covalente entre los grupos azúcar del ácido hialurónico y la proteína central de la molécula de proteoglucano. La unión se refuerza por proteínas de enlace pequeñas que forman uniones con la proteína central del agrecán y los grupos de azúcar del ácido hialurónico. Puesto que este último puede tener 20 )lm de largo, el resultado de su vinculación es un compuesto de agrecán que ocupa un volumen enorme y puede tener una masa molecular tan grande como varios cientos de millones de dáItones. Esta molécula inmensa tiene a su cargo el estado de gel de la matriz extracelular y actúa como una barrera para la difusión rápida de depósitos acuosos, por ejemplo cuando se observa la desaparición lentét de una burbuja acuosa después de inyectarla en forma subdérmica .

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Capilar linfático

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CORRELACIONES CLlNICAS

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Fig. 4-1. Esquema del flujo de ¡¡quido tisular, El plasma de capihlres y vénulas penetra en espacios del tejido conectivo como líquido extracelular que se filtra a través de la sustancia fundam ental. El líquido extracelular regresa nuevamente a las vénulas y también a los capilares linfáticos,

Muchas bacterias patógenas, como Staphylococcus aureus, secretan hialuronidasa, una enzima que segmenta ácido hialurónico en múltiples fragm entos pequeños y que convierte con frecuencia el estado de gel de la matriz extracelular en un estado de sol. La consecuencia de esta reacción es permitir la diseminación rápida de las bacterias a través de los espacios del tejido conectivo.

Proteog I ¡canos Los proteoglicanos constituyen una familia de macromoléculas; cada una de ellas está compuesta de un centro proteico al cual se unen de manera covalente los glucosaminoglicanos.

Cuando los GAG sulfatados forman uniones covalentes con un centro proteico, constituyen una familia de macromoléculas conocida como proteoglicanos, muchos de los cuales ocupan dominios enormes. Estas estructuras grandes se ven como una brocha en un frasco, con el centro proteico que semeja el tallo de alambre y los dive rsos GAG sulfatados proyectándose desde su superficie en el espacio tridimensional, igual que las cerdas de la brocha (fig. 4-3). Los proteoglicanos pueden tener un tamaño variable, de unos 50000 dáltones (decorín y betaglicán ) hasta 3 millones de dáltones (agrecán) . Los centros proteicos de los proteoglicanos se elaboran en el retículo endoplásmico rugoso (RER) y los grupos GAG se unen de manera covalente a la proteína en el aparato de Golgi. En este último también ocurre la sulfatación, catalizada por sulfotransferasas, y la epimerización (reordenamiento de diversos grupos alrededor de átomos de carbono de las unidades de azúcar).

Fig. 4-2. Fotomicrografía de lu z de tejido conectivo areolar que muestra células , fibras de coláge na (Ca ), fibras elásticas (EF ) y sustancia fundamental (GS ) (x 132).

Matriz extra celular •••

71

Cuadro 4-1. Tipos de glucosaminoglicanos (GAG)

GAG Acido hialurónico

Masa molecular (Da ) 10'-108

Repetición de disacáridos

Azúcar amino sulfatada

Enlace covalente , a protema

Localización en el cuerpo

Glucuronato y N -acetilgl ucosamina

Ninguna

No

Casi todo el tejido conectivo, líquido sinovial, cartílago, dermIs

Sulfato de queratán

10 000-30 000

Galactosa y N-acetilglucosamma

N-acetilglucosamma

Sí

Cartílago, córnea, disco intervertebral

Sulfato de heparán

15 000-120 000

Glucuronato (o iduronato) y N-acetilgalactosamina

N-acetilgalactosamina

Sí

Vasos sanguíneos , pulmón, lámina basal

H eparina

125000-20000

Glucuronato (o iduronato) y N-acetilglucosaml11a

N-acetilglu• cosamma

No

Gránulo de célula cebada, hígado, pulmón, piel

Sulfato de condroitina 4

10 000-30 000

Glucuronato y N -acetilgalactosamina

N - acetilgalactosamina

Sí

Cartílago, hueso, córnea, vasos , sangumeos

Sulfato de condroitina 6

10 000-30 000

Glucuronato y N -acetilgalactosamllla

N-acetilgalactosamina

Sí

Cartílago, gelatina de Wharton, , vasos sangumeos

Sulfato de dermatán

10 000-30 000

Glucuronato (o iduronato ) y N-acetilgalactosamina

N-acetilgalactosamina

Sí

Válvulas cardiacas, piel, vasos , sangumeos

Funciones de los proteoglicanos Los proteoglicanos tienen múltiples funciones. Al ocupar un gran volumen, resisten la compresión y retrasan el movimiento rápido de microorganismos y células metastásicas . Además, en vínculo con la lámina basal, forman filtros moleculares con poros de tamaños y distribuciones de carga variables que seleccionan y retardan macromoléculas de manera selectiva a su paso por ellos. Los proteoglicanos también tienen sitios de unión para ciertas moléculas de señalamiento , como el factor beta de transformación del crecimiento. Mediante la unión de estas moléculas de señalamiento, los proteoglicanos pueden impedir su función evitando que las moléculas lleguen a sus destinos o concentrándolas en un sitio específico. Algunos proteoglicanos, como los sindecanos, en lugar de liberarse hacia la matriz extracelular, permanecen unidos a la membrana de la célula. Las proteínas centrales de los sindecanos actúan como proteínas transmembranales y se unen a los filamentos de actina del citosqueleto . Sus moléculas extracelulares se unen a componentes de la matriz extracelular y permiten así que la célula se fij e a componentes macromoleculares de la matriz. Además, los sindecanos de los fibroblastos funcionan como correceptores porque unen el factor de crecimiento de fibroblastos y lo presentan a receptores de la membrana celular en , su cercama.

Glucoproteínas Las glucoproteínas de adhesión celular tienen sitios de unión para varios componentes de la matriz extra celular y moléculas de integrina de la membrana celular que facilitan la unión de células a la matriz extracelular.

La capacidad de las células para adherirse a componentes de la matriz extracelular es mediada en gran parte por glucoproteínas de adhesión celular. Estas macromoléculas grandes tienen varios dominios, uno de los cuales cuando menos suele unirse a proteínas de la superficie celular llamadas integrinas, una para fibras de colágena y otra para proteoglicanos. En esta forma, las glucoproteínas de adhesión unen entre sí los diversos componentes de los tejidos. Los principales tipos de glucoproteínas de adhesión son fibronectina, laminina, entactina, tenascina, con dronectina y osteonectina. La 6bronectina es un dímero grande compuesto de dos subunidades polipeptídicas similares, cada una de alrededor de 220 000 dáltones, unidas entre sí en sus extremos carboxilo mediante enlaces disulfuro. Cada brazo de esta macromolécula en forma de V tiene sitios de unión para diversos componentes extracelulares (p. ej., colágena, heparina, sulfato de heparán y ácido hialurónico ) y para integrinas de la membrana celular. La región de la fibrone ctina específica para adherirse a la membrana celular tiene

72 ••• Matriz extracelular Molécula de ácido hialu

Fibrillas de colágena

Acido hialurónico

_ - - - proteína de enlace _ - - - Proteína central

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Sulfato de condroitina

la cadena A p ara formar un patrón de tipo transversal de una cadena larga y tres cortas. Las tres cadenas se conservan en posición por enlaces disulfuro. La localización de la laminina casi siempre se limita rígidamente a la lámina basal; por consiguiente, esta glucoproteína tiene sitios de unión para sulfato de heparán , colágena tipo IV, entactina y la membrana celular. La glucoproteína sulfatada entactina se une a la molécula de laminina en donde se encuentran entre sí los tres brazos cortos de dicha molécula. La entactina también se une a la colágena tipo IV y facilita así la unión de laminina a la malla de colágena. La tenascina es una glucoproteína grande compuesta de seis cadenas polipeptídicas unidas entre sí por enlaces disulfuro. Esta macromolécula, que semeja un ins ecto cuyas seis patas se proyectan en forma radial desde un cuerpo central, tiene sitios de unión para los proteoglicanos sindecanos transm embranales y para fibronectina. La distribución de la tenascina suele limitarse a tejido embrionario, en donde marca vías migratorias para células específicas. La condronectina y la osteonectina son similares a la fibronectina. La primera tiene sitios de unión para colágena tipo n, sulfato de condroitina, ácido hialurónico e integrinas de condroblastos y condrocitos. La osteonectina posee dominios para coláge na tipo l , prote oglicanos e integrinas de osteoblastos y osteocitos. Además, puede facilitar la unión de cristales de hidroxiapatita de calcio a colágena tipo I en el hues o.

Proteoglicano Colágena (tipo 11)

Fig. 4-3. Esquema de la relación de molécu las de agrecán con fibras de culágena. El recuadro muestra una amplificación de la molécula de agrecán, que indica la proteína central de la molécula de proteoglucano a la cual se fij an los glu cosaminoglicanos. La p roteína central está unida al ácido hi alurónico por proteínas de enlace. (Adaptado de Fawcett DW: Bloom and Fawcett's A Text-book of Hi stology, 11th ed. Philadelphia, WB Saunders, 1986.)

la secuencia de tres residuos arginina, glicina y aspartato , y se conoce como secuencia RGD. Esta secuencia de aminoácidos es característica del sitio de unión de integrina e n muchas glucoproteínas de adhesión. Aunque la fibronectina la producen principalmente células de tejido conectivo, que se denominan fibroblastos, también se encuentra en la sangre como fibronectina del plasma. Además , puede unirse de manera temporal a la membrana plasmática como fibronectina de la superficie celular. La fibronectina marca las vías migratorias para células embrionarias de tal manera que las células en migración del microorganismo en desarrollo pueden llegar a su destino. La laminina es una glucoproteína muy grande (950 000 dáltones ), compuesta de tres cadenas polipeptídicas grandes, A, Bl Y B2 . Las cadenas B se envuelven alrededor de

FIBRAS Las fibras de colágena y las elásticas, las dos proteínas fibrosas principales del tejido conectivo, tienen propiedades bioquímicas y mecánicas distintivas como consecuencia de sus características estructurales.

Las fibras de la matriz extracelular proporcionan fuerza de tensión y elasticidad a esta sustancia. Los histólogos clásicos describie ron tres tipos de fibras con bas e en su morfología y reactividad con colorantes histológicos: colágena, reticular y elástica (fig. 4-2 ). Aunque hoy en día se sabe que las fibras reticulares son de hecho un tipo de fibras de colágena, muchos histólogos conservan el término fibras reticulares no sólo por razones históricas sino también por conveniencia cuando describen órganos que poseen grandes cantidades de este tipo particular de colágena.

Fibras de colágena: estructura y función Las fibras de colágena están compuestas de subunidades de tropocolágena cuya cadena alfa de secuencias de aminoácidos permite la clasificación de colágena cuando menos en 15 tipos de fibras diferentes.

Matriz extracelular •••

La capacidad de la matriz extracelular para soportar fuerzas de compresión se debe a la presencia de la matriz hidratada formada por GAG y proteoglicanos. Las fuerzas de tensión las resisten fibras de la proteína colágena no elástica, correosas y fuertes . Esta familia de proteínas es muy abundante y constituye alrededor del 20 % del total de proteínas en el cuerpo. La colágena forma una fibra flexible (fig. 4-4 ), cuya fuerza de tensión es mayor que la del acero inoxidable de diámetro comparable. Las grandes acumulaciones de fibras de colágena aparecen de color blanco brillante en un individuo vivo; en consecuencia, los haces de fibra de colágena también se denominan fibra s blancas. Las fibras de colágena del tejido conectivo suelen tener un diámetro menor de 10 pm y son incoloras cuando no están teñidas. Cuando se tiñen con hematoxilina y eosina, aparecen como haces de fibras de color rosa, largas y onduladas. Las foto micrografías de fibras de colágena contrastadas con me tales p esados muestran bandas transve rsales a intervalos regulares de 67 nm, una propiedad típica de estas fibras formadas por agregados paralelos de fibrillas más delgadas de 10 a 300 nm de diámetro (fig. 4-5 ). Las fibrillas están formadas por un ensamble altamente regular de subunidades más pequeñas y uniformes, las moléculas de tropocolágena, cada una de 280 nm de largo y 1.5 nm de diámetro. Las moléculas individuales de tropocolágena están compuestas de tres cadenas polipeptídicas, llamadas cadenas alfa, envueltas entre sí en una configuración helicoidal triple. Cada cadena alfa posee alrededor de 1 000 residuos aminoácidos . Cada tercer aminoácido es glicina y la mayor parte d e los aminoácidos restantes está compuesta de prolina , lüdroxiprolina e hidroxilisina. Se piensa que, en virtud de su tamaño pequeño, la glicina permite la vinculación estrecha de las tres cadenas alfa; los enlaces de hidrógeno de la hidroxiprolina conservan juntas las tres cadenas alfa; y la hidroxilisina permite la form a-

Fig. 4-4. Fotomicrografía electrónica de barrido de haces de fibra de colágena del epineurio del nervio ciático de rata. E l haz de colágena está compuesto de haces de fibras más finas (X2 034 ). (Tomado de Ushiki T, Ide C: Three-dimensional organization of the collagen fibrils in the rat sciatic nerve as revealed by transmission an d scanning electron microscopy. Cell Tissue Res 260:175-184, 1990 . Copyright Sp ringer-Verlag. )

73

ció n de fibrillas por la unión de moléculas de colágena entre sÍ. Aunque se conocen cuando menos 15 tipos diferentes de colágena, de acuerdo con la secuencia de aminoácidos de sus cadenas alfa, en este texto sólo tienen interés seis de ellas. Cada cadena alfa está codificada por un ácido ribonucleico mensajero (mRNA) separado. Estos diferentes tipos de colágena se localizan en regiones específicas del cuerpo, en donde tienen varias funciones (cuadro 4-2 ). •

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La colágena tipo 1, el tipo más común, forma fibras gruesas y se encuentra en tejido conectivo, hue so, dentina y cemento (fig. 4-6 ) La colágena tipo 11 forma fibras más delgadas y se encuentra casi de manera exclusiva en las matrices de cartílago hialino y elástico La colágena tipo 111 también se d enomina fibra reticular porque se pensó que difería de la colágena. Hoy en día se sabe que la fibra reticular es un tipo de colágena que se glucosila intensam ente y forma fibras delgadas de 0.5 a 2.0 pm de diám etro. D ebido al gran contenido de carbohidratos , las fibras de colágena tipo III se tiñen de manera preferencial por sales argénticas o la reacción del ácido peryódico de Schiff (PAS ) La colágena tipo IV no forma fibras ni muestra la periodicidad de 67 nm. En lugar de ello, crea una malla de moléculas de procolágena entremezcladas entre sí para formar una alfombra de sostén de la lámina basal La colágena tipo V forma fibrillas muy delgadas, posee periodicidad de 67 nm y se relaciona con la colágena tipo I La colágena tipo VII forma agregados pequeños, que se conocen como fibrillas de anclaje, que aseguran la lámina basal a los haces subyacentes de fibra de colágena tipos I y III

74 •••

Matriz extracelular

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Músculo

Fibrilla

Triple hélice de tropocolágena

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Región suprayacente - ---1r-l

Fig. 4-5. Esquema de los compon entes de una fibra de colágena. La di sposición ordenada de las moléculas de tropocolágena da lu gar a las regiones de intersticio y superpuesta que explican las bandas transversal es de 67 nm de la colágena tipo 1.

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Empaquetamiento de moléculas de tropocolágena

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En Fig. 4-6. Fotomicrografía electrónica de fibras de colágena del perin eurio del nervio ciático de rata. E p, epineurio ; En, endon eurio ; P, perin eurio (X 22463). (Tomado de Ushiki T, Ide C: Three-dimensional organi7.ation of lhe co ll agen fibril s in the mt sciati c nerve, as reveaJ ed by tran smission and scanning electron microscopy. Cell Tiss ue Res 260:17.5-184, 1990. Copyright Springer-Ve rlag. )

Matriz extra celular •••

75

Cuadro 4-2. Principales tipos de colágena y sus características Tipo I1wlecular

Fórmula molecular

Células que las sintetizan

Función

Localización en el cuerpo

1

[a 1(1)]2a2 (1)

Fibroblasto, osteoblasto, odontoblasto, cementoblasto

Resiste la tensión

Dermis, tendón, ligamentos, cápsulas de órganos, hueso, dentina, cemento

II

[al(II)h

Condroblastos

Resiste la presión

Cartílago hialino, cartílago elástico

III

[a1(II1) lJ

Fibroblasto, célula reticular, célula de músculo liso, hepatocito

Forma el marco estructural del bazo, hígado, ganglios linfáticos , músculo liso, tejido adiposo

Sistema linfático, bazo, hígado, sistema cardiovascular, pulmón, piel

IV

[a1 (IV)ha2(IV)

Células epiteliales, células musculares, células de Schwann

Forma la malla de la lámina densa de la lámina basal para proporcionar soporte y filtración

Lámina basal

v

[al(V)ha2(V)

Fibroblastos , células mesenquimatosas

Se relaciona con colágena tipo 1 y también con la sustancia fundamental de la placenta

Dermis, tendón, ligamentos, cápsulas de órganos, hueso, cemento, placenta

VII

[a l(VII) lJ

Células epidérmicas

Forma fibrillas de anclaje que fijan la lámina densa a la lámina reticular subyace nte

Unión de epidermis y der-

CORRELACIONES CLlNICAS Al final de una operación se suturan cuidadosamente las superficies seccionadas de piel; por lo general, una semana después se quitan las suturas. La fuerza de tensión de la dermis en ese punto sólo es un 10% de la de la piel normal. En el transcurso de las cuatro semanas siguientes aumenta la fuerza de tensión a un 80% aproximadamente respecto de lo normal , pero en muchos casos nunca llega al 100%. La debilidad inicial se atribuye a la formación de colágena tipo III durante la cicatrización inicial de la herida, en tanto que la mejoría ulterior de la fuerza de tensión se debe a la maduración de la cicatriz en la que la colágena tipo III se reemplaza por colágena tipo 1. Algunos individuos , en especial los de raza negra, están predispuestos a una acumulación excesiva de colágena durante la cicatrización de heridas. En estos pacientes, la cicatriz forma un crecimiento elevado que se conoce como queloide.

Síntesis de colágena La síntesis de colágena ocurre en el retículo endop lásmico rugoso como cadenas individuales de preprocolágena (cadenas alfa).

• mIs

La síntesis de colágena se lleva a cabo en el RER en la forma de cadenas individuales de preprocolágena (fig. 4-7 ), que son cadenas alfa que poseen secuencias adicionales de aminoácidos, conocidas como propéptidos, en los extremos amino y carboxilo. A medida que se sintetiza una molécula de preprocolágena, entra en la cisterna del RER, en donde se modifica. Prime ro se remueve la secuencia de señal que dirige la molécula al RER; a continuación se hidroxilan algunos de los residuos de prolina y lisina (por las enzimas hidroxilasa de peptidilprolina e hidroxilasa de peptidil-lisina) en un proceso que se conoce como modificación de postransducción para formar hidroxiprolina e hidroxilisina, respectivamente. Más adelante se glucosilan hidroxilisinas seleccionadas por la adición de glucosa y galactosa. Se alinean entre sí tres moléculas de preprocolágena y se ensamblan para formar una configuración helicoidal ajustada que se conoce como molécula de procolágena. Se piensa que la precisión de su alineación se lleva a cabo por los propéptidos. Debido a que éstos no se envuelven entre sí, la molécula de procolágena semeja una cuerda enrollada apretadamente con extremos deshilachados. Al parecer, los propéptidos tienen la función adicional de conservar solubles las moléculas de procolágena y prevenir por tanto su agregación espontánea en fibras de colágena dentro de la célula. Las moléculas de procolágena salen del RER mediante vesículas de transferencia que las transportan al aparato de Golgi, en donde se modifican otra vez por la adición de oligosacáridos. Las moléculas de procolágena modificadas

76 ••• Matriz extracelular DNA

Núcleo •

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Transcripción en el núcleo

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® Traducción de preprocolágena en RER

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en RER

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Formación de triple hélice de procolágena en RER

® Secreción de procolágena a través de la red de Golgi

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Segmentación de propéptidos para formar moléculas de tropocolágena

® Autoensamblaje espontáneo de tropocolágena para formar la fibrilla de colágena

Fig. 4-7. Esque ma de la secuencia de fenómenos en la síntesis de colágena tipo 1.

se empaquetan en la red de Golgi trans y se transportan de inmediato fuera de la célula. A medida que la procolágena entra en el ambiente extracelular, e nzimas proteolíticas, las peptidasas de procolágena, segmentan los propéptidos (re moviendo los extremos deshilachados ) de las te rminales amino y carboxilo (fig. 4-7). La molécula recién formada es más corta (280 nm de longitud) y se conoce como molécula

de tropocolágena (colágena). Las moléculas de tropocolágena se autoensamblan de manera espontánea (fig . 4-7 ) en una dirección específica cabeza con cola, en una disposición escalonada con regularidad, formando fibrillas con bandas a 67 nm representativas de la colágena de tipos 1, II , III, V Y VII (fig. 4-5 ). La formación y conservación de la estructura fibrilar aum enta por enlaces covalentes formados entre los residuos de lisina e hidroxilisina de moléculas de tropocolágena adyacentes. A medida que se auto ensamblan las moléculas de tropocolágena en una disposición tridim ensional, se alinean los espacios entre las cabezas y las colas de moléculas sucesivas en una sola hilera como regiones intersticiales repetidas (cada 67 nm ), no en hileras adjuntas sino próximas (figs. 4-5 y 4-7). De igual forma, las superposiciones de cabezas y colas en hileras vecinas se encuentran en registro entre sí como las regiones superpuestas. Los metales pesados que se utilizan en micros copia electrónica se depositan de manera preferencial en las regiones intersticiales . Por lo tanto , en la microscopia electrónica la colágena muestra bandas oscuras y claras alternadas; las prim eras presentan regiones del intersticio llenas con el metal pesado y las bandas claras indican regiones superpuestas, en donde no puede depositarse el metal pesado (fig. 4-6 ). La alineación de las fibrillas de colágena y los haces de fibras está determinada por las células que los sintetizan. La procolágena se libera hacia los pliegues y grietas del plasmalema, que actúan como moldes que disponen las fibrillas en formaci ón en una dirección apropiada. La orientación de la fibrilla se incrementa adicionalmente a medida qu e las células remolcan las fibrillas y las arrastran físicamente para ajustarse al patrón requerido. En la colágena tipo IV no existe estructura fibrilar porque no se eliminan los propéptidos de la molécula de procolágena. Sus moléculas de procolágena se ensamblan en dímeros , que a continuación forman una malla similar a un fieltro.

CORRELACIONES CLlNICAS La hidroxilación de residuos de prolina exige la presencia de vitamina C. En individuos con una deficiencia de esta vitamina, las cadenas alfa de las moléculas de tropocolágena son incapaces de formar hélices estables y las moléculas de tropocolágena no pueden agregarse en fibrillas. El trastorno, que se conoce como escorbuto, afecta primero los tejidos conectivos con un recambio elevado de colágena, como el ligamento periodontal y las encías (fig. 4-8 ). D ebido a que estas dos estructuras tienen a su cargo la conservación de los dientes en sus alveolos, los síntomas de escorbuto incluyen encías con he morragia y dientes flojos . Si la deficiencia de vitamina e es prolongada, también se afectan otros sitios. Estos síntomas pueden aliviarse consumiendo alimentos ricos en vitamina C. La deficiencia de la enzima hidroxilasa de lisilo, un trastorno genético que se conoce como

Matriz extracelular •••

síndrome de Ehlers-Danlos, produce un enlace transversal anormal entre moléculas de tropocolágena. Los individuos afectados con esta anormalidad poseen fibras de colágena anormales que dan lugar a articulaciones hipermovibles y piel hiperextensible. En muchos casos, la piel de los pacientes se traumatiza con facilidad y el enfermo está sujeto a luxaciones de las articulaciones afectadas.

77

El centro de las fibras elásticas se compone de elastina y lo rodea una vaina de microfibrillas; cada microfibrilla tiene alrededor de 10 nm de diámetro y se integra con la glucoproteína fibrilina (fig. 4-11). Durante la formación de fibras elásticas se elaboran primero las microfibrillas y a continuación se deposita elastina en el espacio rodeado por las microfibrillas (fig. 4-12).

CORRELACIONES ClINICAS

Fibras elásticas A diferencia de la colágena, las fibras elásticas son sumamente ajustables y pueden estirarse una y media veces su longitud en reposo sin romperse. Cuando se libera la fuerza, las fibras elásticas regresan a su longitud en reposo.

La elasticidad del tejido conectivo se debe, en gran parte, a la presencia de fibras elásticas en la matriz extracelular (figs. 4-9 y 4-10; véase fig. 4-2 ). Estas fibras suelen ser más delgadas, largas y ramificadas en el tejido conectivo laxo, pero pueden formar haces más gruesos en ligamentos y vainas fenestradas. Estos haces se encuentran en el ligamento amarillo de la columna vertebral y ocurren en vainas concéntricas en las paredes de los vasos sanguíneos más grandes. Las fibras elásticas son elaboradas por fibroblastos y tejido conectivo y también por células de músculo liso de vasos sanguíneos. Están compuestas de elastina, una proteína rica en glicina, lisina, alanina, valina y prolina, pero que carece de hidroxilisina. Las cadenas de elastina se conservan juntas en forma tal que cuatro moléculas de lisina, cada una perteneciente a una cadena de elastina diferente, forman enlaces covalentes entre sí para constituir enlaces cruzados de desmosina. Estos residuos de desmosina son muy deformables y confieren una gran elasticidad a las fibras elásticas a tal grado que estas últimas pueden estirarse casi un 150% respecto de sus longitudes en reposo antes de romperse. Después de estirarse, las fibras elásticas regresan a su longitud de reposo.

La integridad de las fibras elásticas depende de la presencia de microfibrillas. Los paciente con síndrome de Marfan tienen un defecto en el gen del cromosoma 15 que codifica fibrilina; en consecuencia, sus fibras elásticas no se desarrollan de manera normal. Las personas afectadas gravemente con este trastorno están predispuestas a una rotura mortal de la aorta.

MEMBRANA BASAL La membrana basal, observable con la microscopia de luz, revela en la microscopia electrónica una composición que incluye la lámina basal y la lámina reticular.

La interfaz entre el epitelio y el tejido conectivo está ocupada por una región acelular y estrecha, la membrana basal, que se tiñe bien mediante la reacción PAS y con otros colorantes histológicos que detecta GAG. Una estructura similar a la membrana basal, la lámina externa, rodea células de músculo liso y esquelético, adipocitos y células de Schwann. La membrana basal, aunque visible con la microscopia de luz, se define mejor mediante la microscopia electrónica y revela dos constltuyentes: la lámina basal, elaborada por células epiteliales, y la lámina reticular, formada por células del tejido conectivo (fig. 4-13).

Fig. 4-8. Degradación de colágena tipo 1 por fibroblastos. (Tomado de Ten Cate AR: Oral Histology: Development, Structure, and Function, 4th ed. Sto Louis , Mosby-Year Book, 1994. )

78 •••

Matriz extracelular

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Centro de elastina

Microfibrillas

Fig. 4-11. Esqu erna de una fib ra elástica. Las rni crofibrillas rodean la elastin a amorfa.

Lámina basal La lámina basal elaborada por el epitelio se integra con la lámina lúcida y la lámina reticular.

Fig. 4-9. Obsérves e la presencia de fibra s elásticas (flechas ) en la matri z en esta foto micrografía de cartílago elástieo ( x270).

Las foto micrografías de la lámina basal muestran sus dos regiones : la lámina lú cida, una región electrolúcida de 50 nm de grosor, justo abajo del epitelio, y la lámina densa, una región electrodensa de 50 nm de grosor (figs. 4-13 a 4- 15). La lámina lúcida consiste principalmente en las glucoproteínas extracelulares laminina y entactina y también de integrinas y distroglucanos, receptores transmembranales de laminina (ambos se com entan más adelante) , qu e se proyectan desde la membrana de la célula epitelial hasta la lámina basal.

Fig. 4-10. Tejido conectivo denso, regular y elásti co. Obsérvese que las fi bras elásticas son cortas y es tán dispuestas en forllla paralela entre sí.

Matriz extracelular •••

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preferencial el paso de moléculas de cargas negativas. U na fun ción adicional de la lámina basal es dirigir la migración de células a lo largo de su superficie, como en la reepitelización durante la reparación de una herida o en el restablecimiento de uniones neuromusculares durante la regeneración de nervios motores .

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Lámina reticular

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La lámina reticular deriva del componente del tejido conectivo y se encarga de fijar la lámina densa al tejido conectivo subyacente.

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Fig. 4-12. Fotomicrografía electrónica del desarrollo de la fi bra elástica. Obsérvese la presencia de microRbrillas que rodean la matriz amorfa de elastina (vuntas de f/.ec ha). (Tomado de Fukuda Y, Ferrans VJ, Crystal RG: Development of elastic fibers of nuchal ligame nt , aorta, and lung of fetal and postnatal sheep: An ultrastructural and electro n microscopic im munohistochemical study. Am J Anat 170:,597-629. 1984. Copyright 1984. Reimpreso con autorización de Wiley-Liss , Inc, una subsidiaria de John Wiley & Sons, Inc. )

La lámina densa incluye una malla de colágena tipo IV recubierta tanto en el lado de la lámina lúcida como en el de la lámina reticular por el proteoglucano perlacano. Las cadenas late rales de sulfato de heparán, que se proyectan del centro proteínico del perlacano, forman un polianión. La superficie de la lámina reticular de la lámina densa también posee fibronectina. La laminina tiene dominios que se unen a la colágena tipo IV, sulfato de heparán y las integrinas y distroglucanos de la membrana de la célula epitelial, anclando así esta última a la lámina basaL Al parecer, la lámina basal está unida bien a la lámina reticular por varias sustancias , entre ellas fibronectina, fibrillas de anclaje (colágena tipo VII ) y microfibrillas (fibrilina), todas elaboradas por fibroblastos de tejido conectivo (fig. 4-16 ). La lámina basal actúa como un filtro molecular y un sostén flexible para el epitelio suprayacente. El aspecto de filtración no sólo se debe a la colágena tipo IV, cuya malla entremezclada forma un filtro físico de poros de tamaño específico, sino también a las cargas negativas de su constituyente sulfato de heparán, que restringe de manera

La lámina reticular (figs. 4-13, 4-14 Y 4-16 ), una región de grosor variable, es elaborada por fibroblastos y se compone de colágena tipos 1 y IIl. Es la interfaz entre la lámina basal y el tejido conectivo subyacente y su grosor varía con el grado de fuerza de fricción del epitelio suprayacente . En consecuencia, es muy gruesa en la piel y muy delgada debajo de la túnica epitelial de los alveolos pulmonares . Las fibras de colágena tipos 1 y III de tejido conectivo forman asas hacia la lámina reticular, en donde interactúan con las microfibrillas y fibrillas de anclaje de la lámina reticular y se unen a ellas . Más aún, los grupos básicos de las fibras de colágena forman enlaces con los grupos ácidos de los GAG de la lámina densa. Además, los dominios de unión de colágena y los dominios GAG de fibronectina ayudan adicionalmente a fijar la lámina basal a la lámina reticular. Por consiguiente, la vaina epitelial está unida al tejido conectivo subyacente por estas interfaces acelulares y resistentes, la lámina basal y la lámina reticular.

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Fig. 4-13. Fotomicrografía electrónica de la lámina basal de la córnea humana. Obsérvese los hemidesmosomas lflechas grandes ) y la placa de anclaje entre las fibrillas de anclaje lflechas pequeñas ) (X50 000). (Tomado de Albert D , Jacobiec FA: Principies and Practice of Ophthalmology: Basic Sciences. Philadelphia, WB Saunders, 1994. )

80 •••

Matriz extracelular

Célula epitelial

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Fig. 7-12. Fotomicrografía de hueso compacto descalcificado ( x162). Se muestran varias osteonas con sus lámin as concé ntri cas. También se identifica un conducto de Volkmann (V). •

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Debido a que los nutrientes de los vasos sanguíneos del canal haversiano deben discurrir por los canalículos para llegar a los osteocitos, un proceso ineficiente, la mayor parte de las osteonas sólo posee cuatro a 20 láminas. A medida que se remodela el hueso, los osteoclastos resorben osteonas y los osteoblastos los reemplazan. Los remanentes de osteonas permanecen como arcos irregulares de fragm entos laminares, conocidos como láminas intersticiales, rodeados de osteonas. Al igual que estas últimas , las láminas intersticiales también están rodeadas por líneas de cementación.

Histogénesis del hueso

Fig. 7-11. Fotomicrografía de hueso esmerilado descalcificado ( X270). Obsérvese el sistema haversiano que contiene al canal haversiano (e ) y láminas concéntricas con lagunas y sus canalículos lfiechas) .

La formación de hueso durante el desarrollo embrionario puede ser de dos tipos: intramembranosa yendocondral. El hueso formado por cualquiera de los dos métodos es idéntico desde el punto de vista histológico. El primer hueso que se forma es el primario, que luego

Cartílago y hueso ••• 141

se resorbe y sustituye por hueso secundario , que continúa resorbiéndose durante toda la vida, aunque a un ritmo más lento.

Formación intramembranosa de hueso La formación intramembranosa de hueso tiene lugar dentro del tejido mesenquimatoso.

La mayor parte de los huesos planos se desarrolla mediante la formación intramembranosa de hueso. Este proceso ocurre en tejido mesenquimatoso muy vascularizado , cuyas células entran en contacto entre sí a través de prolongaciones largas . Las células mesenquimatosas se diferencian en osteoblastos que secretan matriz ósea y forman una red de espículas y trabéculas, cuyas superficies pueblan estas células (figs. 7-13 y 7-14 ). Esta región de osteogénesis inicial se conoce como el centro primario de osificación.

Las fibras de colágena de estas espículas y trabéculas en desarrollo están orientadas aleatoriamente, como cabe esperar en el hueso primario. D espués de formarse el osteoide, sigue con rapidez la calcificación y los osteoblastos atrapados en sus matrices se constituyen en osteocitos. Las prolongaciones de estos osteocitos también quedan rodeadas por el hueso en formación y establecen un sistema de canalículos. La actividad mitótica continua de células mesenquimatosas proporciona un abastecimiento de células osteoprogenitoras no diferenciadas , que forman osteoblastos . A medida que se establece la red de trabéculas similares a una esponja, el tejido conectivo vascular en sus intersticios se transforma en médula ósea. La adición de trabéculas a la periferia incrementa el tamaño del hueso en formación. Los huesos más grandes , como el occipital de la base del cráneo, tienen varios centros de osificación, que se fusionan entre sí para formar sólo un hueso. Las fontanelas ("puntos blandos" ) en los huesos frontal y parietal de un

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Tejido conectivo

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Fig. 7-13. Diagrama de la formación in tramembranosa de hueso.

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Fotomicrografía de la osificación intramembranosa ( X 132). Se forman trabéculas de hueso por osteoblastos qu e recubren su superficie (flechas). Obsérvense los osteocitos atrapados en lagunas (p untas de flecha ). Comienzan a formarse osteonas primitivas.

recién nacido representan centros de osificación que no se fusionaron antes del nacimiento. Las regiones de los tejidos mesenquimatosos que permanecen sin calcificar se diferencian en el periostio y endostio del hueso en desarrollo. Más aún, el hueso esponjoso profundo al periostio y la capa perióstica de la duramadre de los huesos planos se transforman en hueso compacto y crean las tablas interna y externa con el diploe entre ellas.

5.

6.

Formación endocondral de hueso 7. La formación endocondral de hueso requiere la presencia de un molde de cartílago.

La mayor parte de los huesos largos y cortos del cuerpo se desarrolla mediante osi6cación endocondral. Este tipo de formación ósea tiene lugar en dos etapas: a) se forma un modelo en miniatura de cartílago hialino y b ) el modelo de cartílago, que continúa su crecimiento y sirve como un esqueleto estructural para el desarrollo óseo, se resorbe y reemplaza por hueso. En el cuadro 7-3 se resumen los fenómenos que suceden en la formación endocondral de hueso y la figura 7-15 ilustra el proceso. FENOMENOS EN LA FORMACION ENDOCONDRAL DE HUESO (CENTRO PRIMARIO DE OSIFICACION)

1. En la región en la que crecerá hueso dentro del emblión se desarrolla un modelo de cartílago hialino de dicho hueso. Este fenómeno se inicia exactamente en

la misma forma que en la que se desarrollaría cartílago hialino en cualquier otro sitio (como ya se describió ). Durante un periodo crece este modelo, tanto en forma aposicional como intersticial. Por último, los condrocitos del centro del modelo de cartílago se hipertrofian , acumulan glucógeno en su citoplasma y se tornan vacuolados (fig. 7-16 ). La hipertrofia de los condrocitos tiene como resultado el crecimiento de sus lagunas y la reducción de los tabiques de matriz de cartílago intermedios, que se calcifican. En forma concurrente, se vasculariza la membrana media de la diá6sis de cartílago del pericondrio (fig. 7 -17). Cuando esto tiene lugar, las células condrogénicas se convierten en células osteoprogenitoras que forman osteoblastos y el pericondrio suprayacente se constituye en periostio. Los osteoblastos recién formados secretan matriz ósea y crean el collar óseo subperióstico en la superficie del molde de cartílago mediante la formación intram embranosa de hueso (fig. 7-17 ). El collar óseo impide la difusión de nutrientes a los condrocitos hipertrofiados dentro del núcleo del modelo de cartílago y propicia su mu erte. Este proceso es el que explica la presencia de lagunas conflu entes y vacías, que forman concavidades grandes la futura cavidad medular en el centro del modelo de cartílago. Los orificios grabados en el collar óseo por osteoclastos permiten que penetre en las con cavidades dentro del molde de cartílago un brote perióstico (yema osteogénica) compuesto de células osteoprogenitoras y he mopoyéticas y de vasos sanguíneos (fig. 7-15 ). Las células osteoprogenitoras se dividen para formar osteoblastos. Estas células recién formadas elaboran matriz ósea en la superficie del cartílago calcificado. La matriz ósea se calcifica para formar un complejo de cartílago y hueso calci6cados. Este complejo puede identificarse de rutina en cortes histológicos mediante tin ción , ya que el cartílago calcificado se tiñe en forma basófila, en tanto qu e el hueso calcificado se tiñe de manera acidófila (fig. 7-18 ). A medida qu e se engrues a el hueso subperióstico y crece en cada dirección desde la membrana media de la diáfisis hacia la epífisis , los osteoclastos comienzan a resorber el complejo de cartílago y hueso calcificados, lo que aumenta la cavidad medular. Conforme continúa este proceso, se reemplaza con hueso el cartílago de la diáfisis , excepto en las placas epi6sarias, que tienen a su cargo el crecimiento continuo del hueso durante 18 a 20 años.

FENOMENOS QUE OCURREN EN CENTROS SECUNDARIOS DE OSIFICACION. Los centros secundarios de

osi6cación comienzan a formars e e n las epífisis en cada extremo del hueso en formación por un proceso similar al de la diáfisis , salvo porque no se forma un collar óseo. Por el contrario, las células osteoprogenitoras invaden el cartílago de la epífisis, se diferencian en osteoblastos y comienzan a secretar matriz en el esqueleto de cartílago (ng. 7-15 ). Estos fenóm enos se llevan a cabo y progresan en buena medida como lo hacen en la diáfisis y finalmente

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Cuadro 7-3. Fenómenos que ocurren en la formación endocondral de hueso

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Fenómeno

\ Iodelo de cartílago hialino formado

Descripción Se forma un molde de cartílago hialino en miniatura en la región del embrión en crecimiento en la que se desarrollará el hueso. Algunos condrocitos maduran, se hipertrofian y mueren. Se calcifica la matriz de cartílago.

Centro primario de osificación Se vasculariza el pericondrio en la membrana media de la diáfisis

La vascularización del pericondrio lo transforma en periostio. Las células condrogénicas se convierten en células osteoprogenitoras.

Los osteoblastos secretan matriz y forman un collar óseo subperióstico

Se forma el collar óseo subperióstico de hueso primario (formación intramembranosa de hueso).

Los condrocitos dentro del núcleo de la diáfisis se hipertrofian, mueren y degeneran

La presencia de periostio y hueso evita la difusión de nutrientes a condrocitos. Su degeneración deja lagunas y abre espacios grandes en los tabiques de cartílago.

Los osteoclastos graban agujeros en el collar óseo subperióstico y permiten la entrada de yemas osteogénicas

Los agujeros permiten que las células osteoprogenitoras y capilares invadan el molde de cartílago, que ahora se calcifica , y comienzan a elaborar matriz ósea.

Formación de complejo de cartílago y hueso calcificados

Este complejo se forma por la matriz ósea que se deposita en tabiques de cartílago calcificado. A nivel histológico el cartílago calcificado se tiñe de azul y el hueso calcificado de rojo.

Los osteoclastos inician la resorción del complejo de cartílago y hueso calcificados

La destrucción del complejo de cartílago y hueso calcificados aumenta la cavidad medular.

Engrosamiento del collar óseo subperióstico, comienza el crecimiento hacia las epífisis

Durante un tiempo este fenómeno reemplaza por completo el cartílago diafisario con hueso.

Centro secundario de osificación Se inicia la osificación en la epífisis

Se inicia en la misma forma que el centro primario, excepto porque no hay collar óseo. Los osteoblastos depositan matriz ósea en el esqueleto de cartílago calcificado.

Crecimiento de hueso en la placa epifisaria

Permanece la superficie articular cartilaginosa del hueso. Persiste la placa epifisaria -se añade el crecimiento en el extremo epifisario de la placa. Se agrega hueso en el extremo diafisario de la placa.

Se continúan la epífisis y la diáfisis

Al terminar el crecimiento óseo, deja de proliferar el cartílago de la placa epifisaria. Continúa el desarrollo óseo para unir la diáfisis y las epífisis.

se reemplaza el cartílago de la epífisis con hueso , excepto en la superficie articular y la placa epifisaria. La superficie articular del hueso permanece cartilaginosa durante toda la vida. En la sección siguiente se describe el proceso en la placa epifisaria, que controla la longitud del hueso. Estos fenómenos son un continuo dinámico que se completa durante varios años a medida que progresan el crecimiento y desarrollo óseos hacia las epífisis en crecimiento en cada extremo del hueso (cuadro 7-3). Al

mismo tiempo se remodela constantemente el hueso para adaptarse a las fuerzas cambiantes que soporta. CRECIMIENTO LONGITUDINAL DEL HUESO

El alargamiento continuo del hueso depende de la placa epifisaria.

Los condrocitos de la placa epifisaria proliferan e intervienen en el proceso de formación endocondral de

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Fig. 7-15.

Zona de calcificación: las lagunas se tornan confluentes, mueren los condrocitos hipertrofiados y se calcifica la matriz de cartílago Zona de osificación: las células osteoprogenitoras invaden el área y se diferencian en osteoblastos, que elaborem matriz y ésta se calcifica en la superficie del cartílago calcificado. A esto le sigue la resorción del complejo de cartílago y hueso calcificados

Mientras el ritmo de actividad mitótica en la zona de proliferación equivalga al ritmo de resorción en la zona de osificación, la placa epifi saria conserva el mismo ancho y el hueso continúa creciendo en longitud. Alrededor de los 20 años de edad di sminuye el ritmo de mitosis en la zona de proliferación y la zona de osificación alcanza las zonas de proliferación y reserva de cartílago. Se sustituye el cartílago de la placa epifisaria por una placa de complejo de cartílago y hueso calcificados, que se resorbe por actividad osteoclástica, y las cavidades medular de la diáfisis y medular ósea de la epífisis confluyen. Una vez que se resorbe la placa epifisaria, ya no es posible el crecimiento longitudinal. CRECIMIENTO DE LA ANCHURA DEL HUESO, Los sucesos descritos ilustran cómo se lleva a cabo el alargam iento del hueso por la proliferación y crecimiento intersticial de cartílago, que finalmente se sustituye por hueso. Sin embargo, el crecimiento periférico de la diáfisis tiene lugar mediante crecimiento aposicional. Proliferan y se diferencian las células osteoprogenitoras de la capa osteogénica del periostio en osteoblastos, que comienzan a elaborar matri z ósea en la superficie ósea subperióstica . Este proceso ocurre continuamente durante todo el periodo de crecimiento y desarrollo óseos, de tal modo que en un hueso largo maduro la diáfisis se forma por la formación intramembranosa subperióstica de hueso. Durante el crecimiento y desarrollo óseos, la resorción del hueso es tan importante como su depósito. La formación de hueso en la parte exterior de la diáfisis debe acompañarse de actividad osteoclástica intern a, de tal forma que pueda crecer el espacio medular.

Esquema de la form ación endoco ndral de hues o.

Calcificación del hueso hueso. La proliferación ocurre en la superficie epifisaria y la restitución de hueso se lleva a cabo en el lado diafisario de la placa. A nivel histológico, la placa epifisaria está dividida en cinco zonas identificables que, comenzando desde el lado epifisario, son las siguientes : •

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Zona de cartílago de reserva: los condrocitos distribuidos al azar en la totalidad de la matriz son mitóticamente activos Zona de proliferación: los condrocitos, que proliferan con rapidez, forman hileras de células isógenas que siguen paralelas a la dirección del crecimiento óseo Zona de maduración e hipertrofia: los condrocitos maduran , se hipertrofian y acumulan glucógeno en su citoplasma (fig. 7-16 ). Se estrecha la matriz entre sus lagunas con el crecimiento correspondiente de estas últimas

La calcificación se inicia cuando se deposita fosfato de calcio en la fibrilla de colágena .

Aún no se aclara exactam ente cómo ocurre la calcificación , aunque se sabe que es es timulada por ciertos proteoglicanos y la glucoproteína de unión de Ca 2 + osteonectina y también por la sialoproteína ósea. U na teoría. que se conoce como nucleación heterogénea, señala qu e las fibras de colágena en la matriz son sitios de nucleación para la solución metaestable de calcio y fosfato y la solución comienza a cristalizarse en la región de intersticio de la colágena. Una vez que se "nuclea" esta región , se lleva a cabo la calcificación. La teoría de calcificación que se acepta con más frecuencia se basa en la presencia de vesículas de matri z dentro del osteoide. Los osteoblastos liberan estas vesículas de matriz pequeñas, unidas a la membrana, de 100 a 200

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Fig . 7-16. Fotomicrografía de condrocitos hipertróficos en el cóndilo mandibular en crecimiento (x 83 000). Obsérvese el retículo endo:)Iús mico rugoso ab undante y el aparato de Colgi en desarrollo (G ). Nótense asimismo los lepósitos de glucógeno (gly) en un extremo le las células, una característica de estas célu:'IS poco antes de su muerte . Col, fibras de colúgena; Fw, matriz territorial. (Tom ado de \ Iarch i F, Luder H U, Leblond CP: Changes :n eells' secretory organelles and extracellular. matrix during endochondral ossifieation in th e mandibular co ndyle of the growing rato Am J Anat 190:41-73, 199 1. Copyright © 199 1. Re impreso eon autorización de Wiley-Liss, Ine, una subsidiaria de John Wiley & Sons, 1ne. )

nm de diámetro, que contienen una concentración elevada de iones Ca 2 + y P0 43-, cAMP, trifosfato de adenosina (ATP ), trifosfatasa de adenosina (ATP-asa ), fosfat asa alcalina, pirofosfatasa, proteínas de unión de calcio y fosfoserina. La membrana de la vesícula de la matriz posee múltiples bombas de calcio, que transportan iones de Ca 2 + hacia el interior de la vesícula. A medida que aumenta la concentración de ion es de calcio Ca 2+ dentro de la vesícula, tiene lugar la cristalización y el cristal de hidroxiapatita de calcio en crecimiento perfora la membrana, rompe la vesícula de la matriz y libera su contenido. La fosfatasa alcalina segmenta grupos pirofosfato de las macromoléculas de la matriz. Las moléculas de pirofosfato liberadas inhiben la calcificación, pero son segmentadas por la enzima pirofosfatasa en iones P0 43-, lo que incrementa la concentración de este ion en el microambiente. Los cristales de hidroxiapatita de calcio liberados de las vesículas de la matriz actúan como nidos de cristalización. La concentración alta de iones en su proximidad, además de la presencia de factores de calcificación y proteínas de unión de calcio, fomenta la calcificación de la matriz. A medida que se depositan cristales en las regiones de intersticio en la superficie de moléculas de colágena, se resorbe agua de la matriz.

La mineralización se observa alrededor de múltiples nidos de cristalización cercanos entre sí; conforme progresa, estos centros crecen y se fusionan unos con otros. En esta forma se deshidrata y calcifica una región de la matriz cada vez más grande.

Remodelación ósea En el adulto, el desarrollo óseo está equilibrado con la resorción de hueso a medida que se remodela este último para ajustarse a las fuerzas que soporta.

En una persona joven, el desarrollo óseo excede su resorción porque comienzan a desarrollarse sistemas haversianos con mucha mayor rapidez a la que se resorben los antiguos. Más adelante, en la vida adulta, cuando se cierran las placas epifisarias y se alcanza el crecimiento óseo, se equilibra el desarrollo de hueso nuevo con la ., , resorClOn osea. Los huesos en crecimiento conservan en gran parte su forma estructural general, desde el inicio del desarrollo óseo en el feto hasta el final del crecimiento del hueso en el adulto. Esto sucede mediante remodelación de

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la superficie, un proceso que incluye el depósito de hueso bajo ciertas regiones del periostio con resorción ósea concomitante bajo otras regiones del periostio. De igual forma, se deposita el hueso en ciertas regiones de la superficie endosteal, en tanto que se resorbe en otras zonas. Los huesos de la bóveda craneal cambian de forma de una manera similar para ajustarse al cerebro en crecimiento; sin embargo, aún no se aclara cómo se regula este proceso . Sin embargo, el hueso cortical y el esponjoso no se remodelan en la misma forma, probablemente porque los osteoblastos y las células osteoprogenitoras del hueso esponjoso se localizan dentro de los confines de la médula ósea y por tanto están bajo la influencia paracrina, directa, de las células cercanas de la médula ósea. Los factores que elaboran estas células de la médula ósea incluyen interleucina 1, factor de necrosis tumoral, factor estimulante de colonias 1, osteoprotegerina, ligando de osteoprotegerina y factor de transformación del crecimiento beta . Las células osteoprogenitoras y los osteoblastos de hueso compacto se localizan en la capa celular del periostio y en el recubrimiento de canales haversianos y, en consecuencia, están muy lejos de las células de la médula ósea sometidas a la influencia paracrina. En lugar de ello, estas células de hueso compacto responden a factores sistémicos, como calcitonina y hormona paratiroidea, La estructura interna del hueso adulto se remodela continuamente a medida que se forma hueso nuevo y se resorbe el hueso muerto y el que está en destrucción. Esto se relaciona con los hechos siguientes:

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