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En el cuadro 52-9 se resumen las principales características bioquímicas de los neutrófilos. Las características prominentes son glucólisis aeróbica activa, vía de la pentosa fosfato activa, fosforilación oxidativa moderadamente activa (porque las mitocondrias son relativamente escasas), y contenido alto de enzimas lisosómicas. Muchas de las enzimas que se listan en el cuadro 52-5 también tienen importancia en el metabolismo oxidativo de neutrófilos (véase más adelante). En el cuadro 52-10 se resumen las funciones de algunas proteínas que son relativamente singulares para los neutrófilos.
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Los neutrófilos son participantes clave en la defensa del cuerpo contra la infección bacteriana
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Los neutrófilos son células fagocíticas móviles del sistema inmunitario innato que desempeñan una función clave en la inflamación aguda. Cuando entran bacterias en los tejidos, sobrevienen varios fenómenos que se conocen en conjunto como “respuesta inflamatoria aguda”. Incluyen: 1) aumento de la permeabilidad vascular, 2) entrada de neutrófilos activados en los tejidos, 3) activación de plaquetas y 4) resolución espontánea si se ha luchado exitosamente con los microorganismos invasores.
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Varias de las moléculas se liberan a partir de células y proteínas plasmáticas durante la inflamación aguda, cuyo efecto general neto es aumentar la permeabilidad vascular, lo que da por resultado edema de tejido (cuadro 52-11).
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En la inflamación aguda, los neutrófilos se reclutan desde el torrente sanguíneo hacia los tejidos para ayudar a eliminar los invasores extraños. Los neutrófilos son atraídos hacia los tejidos por factores quimiotácticos, entre ellos el fragmento de complemento C5a, péptidos pequeños derivados de bacterias (p. ej., N-formil-metionil-leucil-fenilalanina), y varios leucotrienos. Para llegar a los tejidos, los neutrófilos circulantes deben pasar por los capilares. Para lograr esto, se marginan a lo largo de las paredes del vaso, y después se adhieren a las células epiteliales (de revestimiento) de los capilares.
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Las integrinas median la adherencia de neutrófilos a células endoteliales
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La adherencia de neutrófilos a células endoteliales emplea proteínas adhesivas específicas (integrinas) localizadas sobre su superficie, y proteínas receptoras específicas en las células endoteliales. (Véase también la exposición sobre selectinas en el cap. 47.)
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Las integrinas son una superfamilia de proteínas de superficie presentes en una amplia variedad de células. Participan en la adherencia de células a otras células o a componentes específicos de la matriz extracelular. Son heterodímeros, que contienen una subunidad α y una β enlazadas de manera no covalente. Las subunidades contienen segmentos extracelular, transmembrana e intracelular. Los segmentos extracelulares se unen a diversos ligandos, como proteínas específicas de la matriz extracelular, y de las superficies de otras células. Estos ligandos a menudo contienen secuencias ArgGli-Asp (R-G-D). Los dominios intracelulares se unen a diversas proteínas del citoesqueleto, como actina y vinculina. Las integrinas son proteínas que enlazan los exteriores de las células a sus interiores, lo que ayuda a integrar respuestas de células (p. ej., movimiento, fagocitosis) a cambios en el ambiente.
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Inicialmente se reconocieron tres subfamilias de integrinas. Los miembros de cada subfamilia se distinguieron por contener una subunidad β común, pero difirieron en sus subunidades. Sin embargo, ahora se han identificado más de tres subunidades β, y la clasificación de las integrinas se ha hecho más bien compleja. En el cuadro 52-12 se listan algunas integrinas de interés específico respecto a neutrófilos.
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Una deficiencia de la subunidad β2 (también designada CD18) de LFA-1, y de dos integrinas relacionadas que se encuentran en neutrófilos y macrófagos, Mac-1 (CD11b/CD18) y p150,95 (CD11c/CD18), causa deficiencia de adherencia de leucocitos tipo 1, una enfermedad caracterizada por infecciones bacterianas y micóticas recurrentes. Entre diversos resultados de esta deficiencia, la adherencia de los leucocitos afectados a células endoteliales está disminuida y, de este modo, números menores de neutrófilos entran en los tejidos para combatir infección.
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Una vez que han pasado a través de las paredes de vasos sanguíneos de pequeño calibre, los neutrófilos migran hacia las concentraciones más altas de los factores quimiotácticos, encuentran las bacterias invasoras, e intentan atacarlas y destruirlas. Los neutrófilos deben estar activados para que se activen muchos de los procesos metabólicos involucrados en la fagocitosis y la muerte de bacterias.
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La activación de neutrófilos es similar a la activación de plaquetas, y comprende hidrólisis de fosfatidilinositol bisfosfato
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Los mecanismos involucrados en la activación de plaquetas se comentan en el capítulo 51 (figura 51-8). El proceso comprende interacción del estímulo (p. ej., trombina) con un receptor, activación de proteínas G, estimulación de fosfolipasa C, y liberación desde fosfatidilinositol bisfosfato de trifosfato de inositol y diacilglicerol. Estos dos segundos mensajeros dan por resultado un aumento del Ca2+ intracelular y activación de la proteína cinasa C. Además, la activación de la fosfolipasa A2 produce ácido araquidónico que puede convertirse en diversos eicosanoides que tienen actividad biológica.
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El proceso de activación de neutrófilos es en esencia similar. Se activan, mediante receptores específicos, por interacción con bacterias, unión de factores quimiotácticos, o complejos de antígeno-anticuerpo. El aumento resultante del Ca2+ intracelular afecta muchos procesos en neutrófilos, como el montaje de microtúbulos y el sistema de actina-miosina. Estos procesos participan, respectivamente, en la secreción del contenido de gránulos, y en la motilidad, que permite a los neutrófilos buscar a los invasores. Los neutrófilos activados ahora se encuentran listos para destruir a los invasores mediante mecanismos que incluyen producción de derivados activos de oxígeno.
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La explosión respiratoria de las células fagocíticas comprende NADPH oxidasa, y ayuda a matar bacterias
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Cuando los neutrófilos y otras células fagocíticas fagocitan bacterias, muestran un rápido aumento del consumo de oxígeno, conocido como la explosión respiratoria. Este fenómeno refleja la utilización rápida de oxígeno (después de un retraso de 15 a 60 segundos) y producción a partir del mismo de grandes cantidades de derivados reactivos, como , H2O2, OH•, y OCl– (ion hipoclorito). Algunos de estos productos son potentes agentes microbicidas.
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El sistema de cadena de transporte de electrón que se encarga de la explosión respiratoria (llamado NADPH oxidasa) consta de varios componentes. Uno es el citocromo b558, ubicado en la membrana plasmática; es un heterodímero, que contiene dos polipéptidos de 91 y 22 kDa. Cuando el sistema se activa (véase más adelante), dos polipéptidos citoplásmicos de 47 y 67 kDa se reclutan hacia la membrana plasmática y, junto con el citocromo b558, forman la NADPH oxidasa que se encarga de la explosión respiratoria. La reacción catalizada por NADPH oxidasa, que comprende la formación de anión superóxido, se muestra en el cuadro 52-5 (reacción 2). Este sistema cataliza la reducción de un electrón de oxígeno hacia anión superóxido. El NADPH se genera principalmente mediante el ciclo de la pentosa fosfato, cuya actividad aumenta de manera notoria durante la fagocitosis.
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La reacción anterior va seguida por la producción espontánea (por dismutación espontánea) de peróxido de hidrógeno a partir de dos moléculas de superóxido:
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El ion superóxido se descarga hacia el exterior de la célula o hacia fagolisosomas, donde encuentra bacterias ingeridas. La muerte de bacterias dentro de fagolisosomas parece depender de la acción combinada de pH alto, ion superóxido, o derivados del oxígeno adicionales (H2O2, OH• y HOCl [ácido hipocloroso; véase más adelante]) y de la acción de ciertos péptidos bactericidas (defensinas) y otras proteínas (p. ej., catepsina G y ciertas proteínas catiónicas) presentes en células fagocíticas. Cualquier superóxido que entra en el citosol de las células fagocíticas se convierte en H2O2 mediante la acción de la superóxido dismutasa, que cataliza la misma reacción que la dismutación espontánea antes mostrada. A su vez, el H2O2 es usado por la mieloperoxidasa (véase más adelante) o se elimina por medio de la acción de la glutatión peroxidasa o la catalasa.
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La NADPH oxidasa es inactiva en células fagocíticas en reposo, y se activa en el momento del contacto con diversos ligandos (fragmento C5a del complemento, péptidos quimiotácticos, etc.) con receptores en la membrana plasmática. Los eventos que dan por resultado la activación del sistema de oxidasa se han estudiado mucho, y son similares a los antes descritos para el proceso de activación de neutrófilos. Comprenden proteínas G, activación de fosfolipasa C, y generación de 1,4,5-trifosfato de inositol (IP3). Este último media un aumento transitorio de la concentración de Ca2+ citosólico, que es esencial para la inducción de la explosión respiratoria. También se genera diacilglicerol e induce la translocación de la proteína cinasa C hacia la membrana plasmática desde el citosol, donde cataliza la fosforilación de diversas proteínas, algunas de las cuales son componentes del sistema de oxidasa. También opera una segunda vía de activación que no comprende Ca2+.
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Las mutaciones en los genes que codifican para componentes del sistema de NADPH oxidasa causan enfermedad granulomatosa crónica
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La importancia del sistema de NADPH oxidasa se demostró con claridad cuando se observó que la explosión respiratoria era defectuosa en la enfermedad granulomatosa crónica, padecimiento relativamente raro caracterizado por infecciones recurrentes y granulomas diseminados (lesiones inflamatorias crónicas) en la piel, los pulmones y los ganglios linfáticos. Los granulomas se forman en un intento por aislar bacterias que no han muerto, debido a deficiencias genéticas en el sistema de NADPH oxidasa. El trastorno se debe a mutaciones en los genes que codifican para los cuatro polipéptidos que constituyen el sistema de NADPH oxidasa. Algunos pacientes han mostrado respuesta al tratamiento con interferón-γ, que puede aumentar la transcripción del componente de 91 kDa si está afectado. Se están haciendo intentos por crear terapia génica para esta enfermedad. En la figura 52-8 se muestra la probable secuencia de eventos comprendidos en la causa de la enfermedad granulomatosa crónica.
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Los neutrófilos contienen mieloperoxidasa, que cataliza la producción de oxidantes clorados
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La enzima mieloperoxidasa, presente en grandes cantidades en gránulos de neutrófilos, y que imparte el color verde al pus, puede actuar sobre el H2O2 para producir ácidos hipohalosos:
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El H2O2 que se usa como sustrato se genera mediante el sistema de NADPH oxidasa. El Cl– es el halido que por lo general se emplea, porque está presente en concentración relativamente alta en el plasma y los líquidos corporales. El HOCl, el ingrediente activo del blanqueador líquido doméstico, es un potente oxidante y es altamente microbicida. Cuando se aplica en tejidos normales, su potencial para causar daño disminuye porque reacciona con aminas primarias o secundarias presentes en neutrófilos y tejidos para producir diversos derivados nitrógeno-cloro; estas cloroaminas también son oxidantes, aunque menos potentes que el HOCl, y actúan como agentes microbicidas (p. ej., en la esterilización de heridas) sin causar daño de tejidos.
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Las proteinasas de neutrófilos pueden causar serio daño de tejido si sus acciones no se controlan
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Los neutrófilos contienen varias proteinasas (cuadro 52-13) que pueden hidrolizar la elastina, diversos tipos de colágenos, y otras proteínas presentes en la matriz extracelular. Si se permite que esa acción enzimática proceda sin restricción, puede dar por resultado serio daño de tejidos. Casi todas estas proteínas son enzimas lisosómicas y existen principalmente como precursores inactivos en neutrófilos normales. Pequeñas cantidades de estas enzimas se liberan hacia tejidos normales; las cantidades aumentan de manera notoria durante la inflamación. Las actividades de la elastasa y de otras proteinasas en circunstancias normales se mantienen a raya por medio de diversas antiproteinasas (que también se listan en el cuadro 52-13) presentes en el plasma y el líquido extracelular. Cada una de ellas se puede combinar —por lo general formando un complejo no covalente— con una o más proteinasas específicas y, así, causar inhibición. En el capítulo 50 se mostró que una deficiencia genética de inhibidor α1-antiproteinasa (α1-antitripsina) permite que la elastasa actúe sin oposición y digiera tejido pulmonar, lo que participa en la causa del enfisema. La α2-macroglobulina es una proteína plasmática que desempeña una importante función en la defensa del cuerpo contra la acción excesiva de proteasas; se combina con diversas proteasas importantes y, así, neutraliza sus actividades (cap. 50).
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Cuando se forman cantidades aumentadas de oxidantes clorinados durante inflamación, afectan el equilibrio entre proteinasa y antiproteinasa, y lo inclinan a favor de la primera. Por ejemplo, algunas de las proteínas que se listan en el cuadro 52-13 se activan mediante HOCl, mientras que este compuesto desactiva algunas de las antiproteinasas. Además, la elastasa activada puede hidrolizar el inhibidor hístico de metaloproteinasas y la α1-antiquimotripsina, y la colagenasa y gelatinasa activadas pueden hidrolizar el inhibidor α1-antiproteinasa. En casi todas las circunstancias, se logra un equilibrio apropiado de proteinasas y antiproteinasas. Sin embargo, en ciertas circunstancias, como en el pulmón cuando hay deficiencia de inhibidor α1-antiproteinasa o cuando grandes cantidades de neutrófilos se acumulan en tejidos debido a drenaje inadecuado, puede sobrevenir considerable daño de tejido por la acción de proteinasas sin oposición.
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