Biofisica parte 5
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La angiogcnia es el proceso de desarrollo de nuevos vasos a partir de los previos. Es fundamental en la cicatrización de las lesiones, para el desarrollo de circulación colateral en focos de isquemia y para permitir a los tumores superar un tamaño por encima de las limitaciones generadas por su riego inicial. Se han hecho grandes esfuerzos para comprender los mecanismos de la angiogenia y se han desarrollado tratamientos orientados a aumentarla (p. ej., mejorar el flujo del corazón dañado por ateroesclerosis coronaria) o inhibirla (frustrar el crecimiento de un tumor o bloquear el crecimiento de vasos patológicos, como sucede en la degeneración humeda de la mácula del ojo).
La angiogenia se basa en la formación de nuevos vasos a partir de gemaciones en los vasos previos y sigue estos pasos:
• Vasodilatación en respuesta al NO y aumento de permeabilidad inducido por el VEGF.
• Separación de los pericitos de la superficie abluminal y degradación de la membrana basal para permitir la formación de una yema vascular·.
• Migración de las células endoteliales hacia el área de daño tisular.
• Proliferación de las células endoteliales justo por detrás del frente de avance («punta») de las células que migran.
• Remodelación a tubos capilares.
• Reclutamiento de las células periendoteliales (pericitos de los pequeños capilares y células musculares lisas para los vasos más grandes) para formar el vaso maduro.
• Supresión de la proliferación y migración endotelial y depósito de membrana basal. Se ha sugerido que existen células progenitoras endoteliales en la médula ósea, que se pueden reclutar para fomentar la formación de nuevos vasos. Sin embargo, es posible que estas células tengan un papel mínimo en la angiogenia asociada a la cicatrización de la mayor parte de las heridas, si tienen alguno.
En el proceso de angiogenia participan diversas vías de transmisión 'de señales, interacciones intercelulares, proteínas de la MEC y enzimas tisulares.
• Factores de crecimiento. Los VEGF, principalmente VEGF-A, estimulan la migración y la proliferación de las células endoteliales, iniciando así el proceso de formación de gemas capilares en la angiogenia. Fomentan la vasodilatación porque estimulan la producción de NO y contribuyen a la formación de una luz vascular. Los factores de crecimiento de fibroblnstos (FGF), principalmente FGF-2, estimulan la proliferación de las células endoteliales. También fomentan la migración de los macrófagos y los fibroblastos a la zona lesionada y estimulan la migración de las células epiteliales para cubrir las heridas epidérmicas. Es preciso estabilizar los vasos neoformados mediante el reclutamiento de pericitos y células musculares lisas y el depósito de tejido conjuntivo. Parece que en este proceso de estabilización participan muchos factores de crecimiento, incluidos PDGF y TGF-BETA. El PDGF recluta a más células musculares lisas y TGF-beta suprime la proliferación y la migración endotelial y estimula la producción de proteínas de la MEC. • transmisión de señales de Notch. Gracias a las «conversaciones cruzadas» con VEGF, la vía de transmisión de señales de Notch regula la gemación y la ramificación de los Reparación tisular nuevos vasos y, de este modo, garantiza que los nuevos vasos tengan el espacio adecuado para poder irrigar de forma eficaz el tejido en curación.
• Las proteínas de la MEC participan en el proceso de gemación vascular en la angiogenia, principalmente mediante interacciones con los receptores para la integrina de las células endoteliales y aportando un andamiaje para el crecimiento de los vasos.
• Las enzimas de la MEC, sobre todo las metaloproteinasas de la matriz (MMP), degradan la MEC para permitir la remodelación y la extensión de los tubos vasculares. Los vasos neoformados son permeables porque las uniones interendoteliales son incompletas y porque el VEGF, el factor de crecimiento que regula la angiogenia, aumenta la permeabilidad vascular. Esta permeabilidad exagerada explica en parte el edema que puede persistir en las heridas en cicatrización mucho después de resolverse la respuesta inflamatoria aguda. Activación de fibroblastos y depósito de tejido conjuntivo
El depósito de tejido conjuntivo sigue dos pasos: 1) migración y proliferación de fibroblastos hacia el foco lesional, y 2) depósito de proteínas de la MEC elaboradas por estas células. Estos procesos se organizan mediante citocinas y factores de crecimiento producidos a nivel local, entre los que se incluyen PDGF, FGF-2 y TGF-beta. Las principales fuentes de estos factores son las células inflamatorias, sobre todo los macrófagos activados por la vía alternativa (M2) y que infiltran la zona lesional.
En respuesta a las citocinas y los factores de crecimiento, los fibroblastos entran en la herida desde sus márgenes y migran hacia el centro. Algunas de estas células se pueden diferenciar en otras llamadas miofibroblastos, que contienen actina muscular lisa y tienen una importante actividad conatráctil, permitiendo el cierre de la herida porque tiran de los márgenes hacia el centro. Los fibroblastos y los miofibroablastos activados también aumentan la actividad sintética y elaboran proteínas del tejido conjuntivo, sobre todo colágeno, que es el principal componente de una cicatriz totalmente desarrollada.
El TGF-P es la citocina más importante para la síntesis y el depósito de proteínas del tejido conjuntivo. Se produce por la mayor parte de las células en el tejido de granulación, incluidos los macrófagos activados por la vía alternativa. Las concentraciones de TGF-beta en los tejidos no se regulan fundamentalmente a nivel de la transcripción del gen, sino mediante la activación tras la traducción de TGF-beta latente, la velocidad de secreción de la molécula activa y factores en la MEC, sobre todo las integrinas, que fomentan o reducen la actividad del TGF-beta.
Además, las miofibrillas constituidas por fibrilina también regulan la biodisponibilidad de TGF-beta.
El TGF-beta estimula la migración y la proliferación, aumenta la síntesis de colágeno y fibronectina y reduce la degradación de la MEC por inhibición de las metaloproteinasas. El TGF-beta no solo participa en la formación de la cicatriz tras una lesión, sino también en el desarrollo de fibrosis pulmonar, hepática y renal tras la inflamación cró1úca. El TGF-beta tiene también efectos antiinflamatorios, que sirven para limitar y terminar las respuestas inflamatorias.
Lo consigue inhibiendo la proliferación de los linfocitos y la actividad de otros leucocitos. Cuando progresa la cicatrización, disminuye el número de fibroblastos que proliferan y nuevos vasos, pero los fibroblastos van adquiriendo un fenotipo más sintético y por eso aumenta el depósito de MEC. La sintesis de colágeno es necesaria para que la herida en curación se vuelva fuerte y estable a nivel mecánico. La síntesis de colágeno por los fibroblastos comienza en las fases iniciales de la cicatrización (días 3-5) y se mantiene durante varias semanas, según el tamaño de la herida. La acumulación neta de colágeno depende no solo del aumento de la síntesis, sino también de una menor degradación de colágeno. Cuando madura la cicatriz, se produce una regresión progresiva de los vasos, de forma que el tejido de granulación ricamente vascularizado se acaba convirtiendo en una cicatriz avascular pálida.
Remodelado del tejido conjuntivo
Una vez formada la cicatriz, se remodela para aumentar su fuerza y contraerse. La resistencia de la herida aumenta por la formación de enlaces cruzados de colágeno y el mayor tamaño de las fibras de colágeno. Además, se produce un cambio del tipo de colágeno que se deposita, que pasa de ser de tipo III en las primeras fases de la reparación al de tipo I, más resistente. En las heridas cutáneas bien suturadas, se puede recuperar una resistencia equivalente al 70-80% de la piel normal en 3 meses. La contracción de la herida se debe inicialmente a los miofibroblastos y luego a los enlaces cruzados de las fibras de colágeno. Con el tiempo, el tejido conjuntivo se degrada y la cicatriz se retrae. Esta degradación de los colágenos y otros componentes de la MEC se debe a una familia de metaloproteinasas de matriz (MMP), que reciben este nombre porque su actividad enzimática depende de iones metálicos (p. ej., cinc). Las MMP se producen en distintos tipos de células (fibroblastos, macrófagos, neutrófilos, células sinoviales y algunas células epiteliales) y su síntesis y secreción se regulan por factores de crecimiento, citocinas y otras sustancias. Incluyen colagenasas intersticiales, que degradan el colágeno fibrilar (MMP-1, 2 y 3); gelatinasas (MMP-2 y 9), que degradan el colágeno amorfo y la fibronectina; y estromelisinas (MMP-3, 10 y 11), que degradan diversos componentes de la MEC, incluidos proteoglucanos, laminina, fibronectina y colágeno amorfo.
La elastasa de los neutrófilos, la catepsina G, la plasmina y otras proteasas de serina pueden degradar también la MEC, pero tienen menos importancia en la remodelación de la herida que las MMP. Además, las colagenasas activadas pueden ser inhibidas con rapidez por inhibidores de metaloproteinasas específicos de cada tejido (TIMP), que son elaborados por la mayor parte de las células mesenquimatosas. Por eso, el equilibrio entre MMP y TIMP regula el tamaño y la naturaleza de la cicatriz.
El tejido de granulación se caracteriza por la proliferación de fibroblastos y capilares delicados y de delgada pared neoformados en una matriz extracelular laxa, a menudo con células inflamatorias mezcladas, sobre todo macrófagos (fig. 3.26A). Este tejido invade progresivamente el lugar de la lesión; la cantidad de tejido de granulación formada depende del tamaño del defecto de tejido generado por la herida y la intensidad de la inflamación.
• Una cicatriz o fibrosis de los tejidos está constituida principalmente por fibroblastos fusiformes en gran medida inactivos, colágeno denso, fragmentos de tejido elástico y otros componentes de la MEC (fig. 3.26B). Los anatomopatólogos suelen emplear técnicas de tinción especiales para identificar los diferentes elementos proteicos de las cicatrices y los tejidos fibróticos. El tricrómico detecta las fibras de colágeno y la tinción para elastina identifica las delicadas fibras de elastina, que son el componente principal del tejido elástico (el tricrómico corresponde en realidad a tres tinciones, lo que explica su nombre, que tiñen los eritrocitos de naranja, el músculo de rojo y el colágeno de azul). Otra proteína de la matriz extracelular que constituye el tejido conjuntivo del estroma de los órganos normales en las primeras fases de una cicatriz es la reticulina, constituida por colágeno de tipo III y que se puede detectar con una tinción especial.
Factores que alteran la reparación tisular La reparación tisular puede alterarse por diversos factores que reducen la calidad o la adecuación del proceso reparativo. Los factores que interfieren en la cicatrización pueden ser extrínsecos (p. ej., infecciones) o intrinsecos al tejido lesionado y locales o sistémicos:
• La infección es una de las causas más importantes de retraso en la cicatrización; prolonga la inflamación y puede aumentar las lesiones locales.
• La diabetes es una enfermedad metabólica que altera la reparación tisular por muchos motivos y es una causa importante de tipo sistémico de alteración en la cicatrización de las heridas.
• El estado nutricional influye mucho sobre la reparación; la malnutrición proteica y la deficiencia de vitamina C, por ejemplo, inhiben la síntesis de colágeno y retrasan la cicatrización.
• Los glucocorticoides (esteroides} tienen efectos antiinflamatorios bien demostrados y su administración prooduce cicatrices débiles porque inhiben la producción de TGF-beta y disminuyen la fibrosis. En algunos casos, sin embargo, es deseable el efecto antiinflamatorio de los glucocorticoides. Por ejemplo, en las infecciones corneales se pueden prescribir estos compuestos (además de antibióticos) para reducir el riesgo de opacidad por depósito de colágeno.
• Los factores mecánicos, como el aumento de presión local o la torsión, pueden determinar que las heridas se separen (dehiscencia).
• Una mala perfusión, secundaria a arterioesclerosis y diabetes o a una obstrucción del drenaje venoso (en las varices venosas), también altera la cicatrización.
• Cuerpos extraños, como fragmentos de acero, cristal e incluso hueso, dificultan la cicatrización.
• El tipo y la extensión de la lesión tisular condicionan la reparación. La reparación completa solo se produce en tejidos constituidos por células con capacidad proliferativa. Incluso en este caso, es probable que una lesión extensa impida una regeneración completa de los tejidos y se asocie a una pérdida al menos parcial de la función. Las lesiones de tejidos constituidos por células sin capacidad de dividirse se traducen siempre en una cicatriz; así sucede cuando se cura un infarto de miocardio.
• La localización de la herida y el tipo de tejido al que afecta también tienen importancia. Por ejemplo, cuando la inflamación aparece en espacios tisulares (cavidad pleural, peritoneal o sinovial), un exudado pequeño se podría Reparación tisular reabsorber y digerir por las enzimas proteoliticas de los leucocitos, con la consiguiente resolución de la inflamación y recuperación de la arquitectura normal del tejido. Sin embargo, si el exudado es demasiado extenso para ser reabsorbido por completo, se reorganizará y durante este proceso crecerá tejido de granulación hacia el exudado con formación al fina l de una cicatriz fibrosa. Ejemplos clínicos de curación y cicatrización de heridas anómalas Las complicaciones de la reparación tisular pueden relacionarse con alteraciones en cualquiera de los componentes básicos del proceso, incluida una deficiente formación de la cicatriz, una excesiva formación de componentes de reparación y la aparición de contracturas.
Defectos de la cicatrización: heridas crónicas Se encuentran en numerosas situaciones clínicas consecuencia de factores locales o sistémicos.
Algunos ejemplos frecuentes son:
• Úlceras venosas en las piernas, que aparecen más en ancianos por hipertensión venosa crónica, que se puede relacionar con varices venosas graves o insuficiencia cardíaca congestiva. Es frecuente encontrar depósitos de hierro (hemosiderina), por degeneración de los eritrocitos, y se pueden asociar a inflamación crónica. Estas úlceras no se curan por la falta de aporte de oxígeno al lecho ulceroso.
• Úlceras arteriales, que aparecen en pacientes con arteroesclerosis de las arterias periféricas, sobre todo en relación con diabetes. La isquemia produce atrofia y posterior necrosis de la piel y los tejidos subyacentes. Estas lesiones pueden ser bastante dolorosas.
• Úlceras por presión, que son áreas de ulceración cutánea con necrosis de los tejidos subyacentes en relación con una compresión prolongada contra el hueso, por ejemplo en pacientes ancianos inmóviles y encama[1]dos, con numerosas comorbilidades. Estas lesiones se producen por presión mecánica e isquemia local.
• Ulceras diabéticas, que afectan a las extremidades inferiores y sobre todo los pies. La necrosis tisular y la falta de cicatrización son consecuencia de una enfermedad de pequeño vaso, que produce isquemia, neuropatía, alteraciones metabólicas sistémicas e infecciones secundarias. A nivel histológico, estas lesiones se caracterizan por úlceras epiteliales y abundante tejido de granulación en la dermis subyacente. En algunos casos, la falta de cicatrización provoca dehicencia de las heridas (rotura). Aunque no es frecuente, aparece principalmente tras Una cirugía abdominal y es consecuencia del aumento de la presión abdominal, asociada a los vómitos, la tos o un íleo.
Cicatrización excesiva La formación excesiva de los componentes del proceso reparativo puede producir cicatrices hipertróficas y queloides. La acumulación de un exceso de colágeno puede generar una cicatriz sobreelevada que se llama cicatriz hipertrófica. A menudo estas crecen con rapidez y contienen numerosos miofibroblastos, pero suelen regresar en unos meses. Las cicatrices hipertróficas suelen aparecer después de una lesión térmica o traumática con afectación de las capas profundas de la dermis. Si el tejido cicatricial supera los márgenes de la herida original y no regresa, se llama queloide. Algunos individuos parecen predispuestos al desarrollo de queloides, sobre todo personas de origen africano.
La granulación exuberante es otro trastorno de la cicatrización caracterizado por la formación de una cantidad excesiva de tejido de granulación, que protruye por encima del nivel de la piel que lo rodea y bloquea la reepitelización (este proceso se ha llamado con enorme fervor poético carne orgullosa). El tejido de granulación exuberante se debe eliminar con bisturí eléctrico o extirparse quirúrgicamente para permitir que se recupere la continuidad epitelial. En pocos casos una cicatriz incisional o lesión traumática puede asociarse a una proliferación exuberante de fibroblastos u otros elementos de tejido conjuntivo que incluso pueden recidivar si se extirpan. Estas neoplasias, llamadas desmoides o fibromatosis agresivas, están en la zona de transición entre los tumores benignos y malignos de bajo grado.
La contracción de la herida es una parte importante de la cicatrización normal. Una exageración de este proceso ocasiona una contractura y puede provocar deformidad en la herida y los tejidos circundantes. Las contrncturas son más frecuentes en las palmas, las plantas y la cara anterior del tórax. Suelen asociarse con más frecuencia a quemaduras graves y pueden limitar el movimiento articular
Fibrosis en órganos parenquimatosos
El término fibrosis alude a un depósito excesivo de colágeno y otros componentes de la MEC en un tejido. Los términos cicatriz y fibrosis pueden emplearse como sinónimos, pero en general fibrosis se refiere a un depósito anormal de colágeno en órganos internos en las enfermedades crónicas. Los mecanismos básicos de la fibrosis son los mismos que participan en la formación de cicatrices en la piel durante la reparación tisular. La fibrosis es un proceso patológico inducido por estímulos lesivos persistentes, como infecciones crónicas y reacciones inmunitarias, y típicamente se asocia a pérdida de tejido. Puede provocar una disfunción importante del órgano, incluso llegando a insuficiencia del mismo
la principal citocina involucrada en la fibrosis es el TGF-Beta. Los mecanismos que aumentan la actividad del TGF-beta en la fibrosis no se comprenden de forma exacta, pero la muerte celular por necrosis o apoptosis y la producción de ERO parecen importantes estímulos desencadenantes, independientemente del tejido. Las células que producen el colágeno en respuesta a la estimulación por TGF-beta pueden variar en función del tejido. En la mayor parte de los órganos, como los pulmones y el riñón, la principal fuente de colágeno son los miofibroblastos, pero las células estrelladas son las principales productoras de colágeno en la cirrosis hepática.
Los trastornos fibróticos incluyen diversas enfermedades crónicas y debilitantes, como la cirrosis hepática, la esclerosis sistémica (esclerodermia), las fibrosis pulmonares (fibrosis pulmonar idiopática, neumoconiosis y fibrosis pulmonar inducida por fármacos o radioterapia), la nefropatia terminal y la pericarditis constrictiva. Dado que la fibrosis es una causa fundamental de morbilidad y muerte en estos cuadros, por ello desarrollo de fármacos antifibróticos.