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Más de la mitad de la población estadounidense (54.3%) sufre reacciones de hipersensibilidad tipo I, lo cual abarca las reacciones alérgicas más comunes, entre ellas fiebre del heno, asma, dermatitis atópica y alergias alimentarias. La incidencia de alergia sigue aumentando en la población humana, y el entendimiento de los mecanismos inmunitarios que están detrás de la respuesta ya ha llevado a nuevas terapias. A continuación se describen las moléculas y células que participan en las diversas hipersensibilidades tipo I, así como el fundamento razonado detrás de los tratamientos actuales.
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Los anticuerpos IgE son la causa de la hipersensibilidad tipo I
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Las reacciones de hipersensibilidad tipo I (alergias) son iniciadas por la interacción entre un anticuerpo IgE y un antígeno multivalente. En el recuadro 15-1, Experimento clásico, se describe la brillante serie de experimentos realizados por K. Ishizaka y T. Ishizaka durante las décadas de 1960-1969 y 1970-1979, que llevaron a la identificación de la IgE como la clase de anticuerpo del cual dependen las alergias. En individuos normales, la concentración sérica de IgE es la más baja de cualquiera de las clases de inmunoglobulina, lo cual hace en particular difíciles estudios fisioquímicos adicionales de esta molécula. No fue sino hasta el descubrimiento de un mieloma productor de IgE por Johansson y Bennich en 1967 cuando fue posible emprender análisis extensos de IgE.
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RECUADRO 15-1
EXPERIMENTO CLÁSICO: El descubrimiento y la identificación de IgE como el portador de hipersensibilidad alérgica
En una sorprendente serie de artículos publicados entre 1966 y mediados de la década de 1970-1979, Kimishige Ishizaka y Teruko Ishizaka, al trabajar con varios colaboradores, identificaron una nueva clase de inmunoglobulinas, que llamaron anticuerpos IgE, como las principales moléculas efectoras de las reacciones de hipersensibilidad mediadas por anticuerpos tipo I.
Los Ishizaka se fundamentaron en investigación realizada en 1921 por K. Prausnitz y H. Kustner, que inyectaron suero de una persona alérgica en la piel de un individuo no alérgico. Cuando el antígeno apropiado más tarde se inyectó en el mismo sitio, se detectó una reacción de roncha y rubor (tumefacción y enrojecimiento). Esta reacción, llamada la reacción de P-K en honor a quienes la describieron originalmente, fue la base para el primer ensayo biológico para actividad de IgE.
En sus experimentos ahora clásicos, los Ishizaka realizaron ensayos para detectar la presencia de anticuerpo específico para alergeno usando la reacción de roncha y rubor. También emplearon como un ensayo adicional radioinmunodifusión, al usar la capacidad del alergeno E radiactivo derivado de polen de ambrosía para unirse a, y precipitar, anticuerpos específicos para polen; los anticuerpos formaron un precipitado radiactivo en el momento de la unión al alergeno de ambrosía. (Note que tanto el antígeno como la clase de inmunoglobulina se designan “E” en esta serie de experimentos.)
Los Ishizaka razonaron que el mejor material inicial para purificar la proteína de la cual depende la reacción de P-K sería el suero de un individuo alérgico que desplegó hipersensibilidad al polen E de ambrosía. (El suero es el componente de la sangre que queda después de que se han eliminado las células, y los componentes de la coagulación.) Para purificar la proteína sérica de la cual dependió la reacción alérgica, tomaron suero entero de humano y lo sujetaron a precipitación con sulfato de amonio (diferentes proteínas se precipitan a concentraciones variables de sulfato de amonio), y cromatografía de intercambio iónico, que separa proteínas con base en su carga intrínseca.
Diferentes fracciones de la columna de cromatografía se probaron mediante radioinmunodifusión respecto a su capacidad para unirse a antígeno E radiactivo del polen de ambrosía. Partes de las diferentes fracciones también fueron inyectadas a diluciones variables en voluntarios, junto con antígeno, para probar si ocurría una reacción de P-K. Por último, cada fracción también fue probada de manera semicuantitativa respecto a la presencia de anticuerpos IgG e IgA. Los resultados de estos experimentos se muestran para el suero de uno de los tres individuos que probaron (cuadro 1).
A partir de los resultados que se muestran en este cuadro, está claro que la capacidad de las proteínas en las diversas fracciones para inducir una reacción de P-K no se correlacionó con las cantidades de anticuerpos IgG o IgA, pero sí con las cantidades de anticuerpos que podían ser detectadas en una reacción de inmunodifusión con antígeno E radiactivo. ¿Quizá otra clase de anticuerpo era la causa de la línea de inmunoprecipitación en el gel de inmunodifusión?
Las fracciones que contenían la concentración más alta de proteína capaz de unirse al alergeno E se purificaron más usando cromatografía en gel, que separa proteínas con base en el tamaño y la forma molecular. De nuevo, se detectó la presencia de proteína con base en su capacidad para unirse a antígeno E radiactivo y para inducir una reacción de P-K en la piel de un sujeto de prueba en quien se había inyectado antígeno E.
La proteína resultante aún contuvo pequeñas cantidades de anticuerpos IgG e IgA, que fueron eliminados al mezclar las fracciones con anticuerpos dirigidos contra estas subclases de anticuerpos de humano, y después al eliminar el inmunoprecipitado resultante. El producto proteínico final de los Ishizaka fue 100 a 1 000 veces más potente que el suero original en su capacidad para generar una reacción de P-K, y la preparación más activa generó una reacción cutánea positiva a una dilución de 1:8 000. Ninguna de sus reactividades se correlacionó con la presencia de cualquiera de las otras clases conocidas de anticuerpos y, así, se dio nombre a una nueva clase de anticuerpo, IgE, con base en su capacidad para unirse a alergenos y desencadenar una reacción de P-K.
La concentración de IgE en el suero es la más baja de todas las clases de anticuerpos (capítulo 3); cae dentro del rango de 0.1 a 0.4 μg/ml, aunque los individuos atópicos pueden tener hasta 10 veces esta concentración de IgE en la circulación. No obstante, en 1967 Johansson y Bennich descubrieron un mieloma productor de IgE, lo que permitió un análisis bioquímico completo de la molécula. La estructura de la IgE se describe en el capítulo 3.
En el cuadro 1, modificado de los datos originales de este artículo clásico de 1967, fracciones de proteína sérica provenientes de dos donadores separados se evaluaron respecto a las cantidades relativas de IgA o IgG (denominadas γA y γG, respectivamente, en esta publicación), usando antisueros de conejo contra las dos subclases de inmunoglobulina, y respecto a la presencia de “IgE” putativa usando radioinmunodifusión (como se describe en el texto del presente capítulo). La IgG es la clase de inmunoglobulina más común en el suero, y la IgA se incluyó porque experimentos tempranos habían sugerido que la IgA quizá era el anticuerpo del cual dependía la reacción de roncha y rubor. La columna “dosis mínima para P-K” se refiere a la cantidad de la fracción requerida para producir una respuesta medible de roncha y rubor. En esta columna, mientras más bajo es el número, más alta es la cantidad de anticuerpo que reacciona a P-K en la fracción (esto es, la fracción B tuvo la cantidad más alta del anticuerpo alergénico).
Puede observarse fácilmente que las fracciones que muestran las respuestas de P-K más fuertes (resaltadas con flechas: →) también son aquellas en las cuales las cantidades más altas de la llamada γE se midieron por medio de radioinmunodifusión. Las reacciones de P-K no se correlacionaron con las cifras de IgG ni con las de IgA en el suero de este donante, ni de otros dos donantes.
Ishizaka, K., y T. Ishizaka. (1967). Identification of γE-antibodies as a carrier of reaginic activity. Journal of Immunology 99(6):1187-1198.
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Muchos alergenos pueden desencadenar una respuesta tipo I
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Los individuos sanos sólo generan anticuerpos IgE en respuesta a infecciones parasitarias. Con todo, algunas personas, denominadas atópicas, están predispuestas a generar anticuerpos IgE contra antígenos ambientales comunes, como los que se listan en el cuadro 15-1. El análisis químico reveló que casi todos los alergenos, si no es que todos, son de naturaleza proteínica o glucoproteínica, con múltiples sitios antigénicos, o epítopos, por cada molécula. Durante muchos años, los científicos trataron infructuosamente de encontrar rasgos estructurales compartidos entre moléculas que indujeron alteraciones en individuos susceptibles, pero recientemente varias características compartidas por muchos alergenos han empezado a proporcionar indicios respecto a la base biológica de su actividad.
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En primer lugar, muchos alergenos tienen actividad enzimática intrínseca que afecta la respuesta inmunitaria. Por ejemplo, extractos de alergeno de ácaros del polvo y de cucarachas, así como de hongos y bacterias, tienen actividad de proteasa relativamente alta. Se ha mostrado que algunas de estas proteasas pueden alterar la integridad de uniones de células epiteliales, y permitir que los alergenos tengan acceso a las células y moléculas subyacentes de los sistemas inmunitarios innato y adaptativo. Otras, entre ellas una proteasa (Der p 1) producida por el ácaro del polvo, dividen componentes del complemento en la superficie mucosa, y los activan. Aún otras dividen receptores activados por proteasa sobre la superficie de células inmunitarias, y los activan, lo cual aumenta la inflamación. De este modo, un factor que distingue entre moléculas alergénicas y no alergénicas puede ser la presencia de actividad enzimática que afecta las células y moléculas del sistema inmunitario.
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En segundo lugar, muchos alergenos contienen patrones moleculares asociados a agente patógeno, o pamp, potenciales (capítulo 5), capaces de interactuar con receptores del sistema inmunitario innato y de iniciar una cascada de respuestas que conduce a una respuesta alérgica. Aun así, no está claro por qué esta cascada sólo es estimulada en un subgrupo de individuos.
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En tercer lugar, muchos alergenos entran al huésped por medio de tejidos mucosos a concentraciones muy bajas, que tienden a predisponer al individuo a generar respuestas TH2, lo que da pie a secreción de IgE por células B.
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Los anticuerpos IgE actúan al formar enlaces covalentes de receptores Fcε sobre la superficie de células de la inmunidad innata
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Los anticuerpos IgE solos no son destructivos. En lugar de eso, causan hipersensibilidad mediante unión a receptores Fc específicos para sus regiones constantes (FcεR), los cuales son expresados por diversas células de la inmunidad innata, entre ellas mastocitos, basófilos y eosinófilos (capítulo 2). La unión de anticuerpos IgE a FcεR activa estos granulocitos, lo cual induce una cascada de señalización que hace que las células liberen hacia la sangre el contenido de gránulos intracelulares, un proceso llamado desgranulación (figura 15-2). El contenido de los gránulos varía de una célula a otra, pero típicamente incluye histamina, heparina y proteasas. Junto con otros mediadores que son sintetizados por granulocitos activados (leucotrienos, prostaglandinas, quimiocinas y citocinas), estos mediadores actúan sobre tejidos circundantes y otras células inmunitarias, lo cual causa síntomas de alergia.
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Despierta interés que la vida media sérica de la IgE es bastante breve (sólo de dos a tres días). De cualquier modo, cuando está unida a su receptor sobre una célula de la inmunidad innata, la IgE es estable durante semanas. La IgE en realidad se une a dos receptores diferentes, el FcεRI de alta afinidad, del cual dependen casi todos los síntomas que se asocian con alergia, y el FcεRII de afinidad más baja, que regula la producción de IgE por células B, así como su transporte a través de células (capítulo 13). El papel del FcεRI en las hipersensibilidades tipo I es confirmado por experimentos realizados en ratones que carecen de la cadena α de FcεRI; muestran resistencia a respuestas alérgicas localizadas y sistémicas, a pesar de tener números normales de mastocitos.
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El receptor de IgE de alta afinidad, FcεRI
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Los mastocitos y los basófilos expresan de manera constitutiva cifras altas del receptor de IgE de alta afinidad, FcεRI, que se une a IgE con una constante de afinidad excepcionalmente alta, de 1010 M−1. Esta afinidad ayuda a vencer las dificultades asociadas con la respuesta a una concentración excepcionalmente baja de IgE en el suero (1.3 × 10−7 M). Los eosinófilos, las células de Langerhans, los monocitos y las plaquetas también expresan FcεRI, aunque a cifras más bajas.
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Casi todas las células expresan una forma tetramérica de FcεRI, que incluye una cadena α y una cadena β, y dos cadenas γ idénticas con enlaces disulfuro (figura 15-3a). Los monocitos y las plaquetas expresan una forma alternativa que carece de la cadena β. Las cadenas α del FcεRI, miembros de la superfamilia de la inmunoglobulina, se unen directamente a las cadenas pesadas de IgE, mientras que las cadenas β y γ se encargan de la transducción de señal. Contienen motivos de activación de inmunorreceptor basados en tirosina (itam) (capítulo 3) que son fosforilados en respuesta a formación de enlaces covalentes con IgE.
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La señalización mediada por IgE empieza cuando un alergeno forma un enlace covalente con IgE que está unida al receptor FcεRI de superficie (figura 15-2). Si bien los eventos bioquímicos específicos que siguen a la formación de enlace covalente del receptor FcεRI varían entre células y modos de estimulación, la cascada de emisión de señales de FcεRI en general semeja la iniciada por receptores de antígeno y receptores de factor de crecimiento (capítulo 3). En resumen, la formación de enlace covalente de IgE induce la agregación y la migración de receptores hacia balsas de lípido de la membrana, lo cual va seguido por fosforilación de motivos itam por tirosina cinasas asociadas. A continuación, moléculas adaptadoras se acoplan sobre los residuos de tirosina fosforilados, e inician cascadas de señalización que culminan en activación de enzima y/o de factor de transcripción. En la figura 15-4 se identifican sólo algunos de los eventos de emisión de señales específicamente asociados con la activación de mastocitos.
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La señalización de FcεRI lleva a 1) desgranulación de vesículas que contienen múltiples mediadores inflamatorios (figura 15-5a), 2) expresión de citocinas inflamatorias, y 3) conversión de ácido araquidónico en leucotrienos y prostaglandinas, dos mediadores lípidos importantes de inflamación, todo ello por mastocitos y basófilos. Estos mediadores tienen efectos a plazos corto y largo que se describirán con mayor detalle más adelante (figura 15-5b).
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El receptor de IgE de baja afinidad, FcεRII
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El otro receptor de IgE, designado FcεRII, o CD23, tiene afinidad mucho más baja por IgE (Kd de 1 × 106 M−1) (figura 15-3b). CD23 es estructuralmente distinto de FcεRI (es una lectina y una proteína de membrana tipo II), y existe en dos isoformas que difieren sólo un poco del dominio citoplasmático N terminal. CD23a se encuentra sobre células B activadas, mientras que CD23b es inducida sobre diversos tipos de células por la citocina IL-4. Ambas isoformas también existen como formas unida a membrana y soluble; esta última es generada por proteólisis de la molécula de superficie. Despierta interés que CD23 no sólo se une a IgE, sino también al receptor de complemento CD21.
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El resultado de la ligadura de CD23 depende de a cuáles ligandos se une (IgE o CD21), y si lo hace como una molécula soluble o unida a membrana. Por ejemplo, cuando CD23 soluble (sCD23) se une a CD21 sobre la superficie de células B que sintetizan IgE, la síntesis de IgE aumenta. No obstante, cuando CD23 unida a membrana se une a IgE soluble, la síntesis adicional de IgE queda suprimida. Los individuos atópicos expresan cifras relativamente altas de CD23 de superficie y soluble.
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La señalización de receptor de IgE se encuentra estrechamente regulada
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Dada la naturaleza poderosa de los mediadores moleculares liberados por mastocitos, basófilos y eosinófilos después de emisión de señales de FcεRI, no debe sorprender que las respuestas estén sujetas a complejos sistemas de regulación. A continuación se ofrecen sólo algunos ejemplos de maneras en las cuales la señalización por medio del receptor FcεRI puede ser inhibida.
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Coagrupación con receptores inhibidores
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En capítulos previos se señaló que las regiones intracelulares de algunos receptores de linfocito, incluso FcγRIIB, portan motivos de inhibición de inmunorreceptores basados en tirosina (itim en contraposición con itam) (figura 13-3). La formación de enlaces covalentes de estos receptores conduce a inhibición, más que a activación, de respuestas celulares. Despierta interés que los mastocitos expresan tanto el FcεRI activador como el FcγRIIB inhibidor. Por ende, si un alergeno se une a moléculas tanto de IgG como de IgE, desencadena señales por medio de ambos receptores Fc. Domina la señal inhibidora. Este fenómeno es parte de las razones por las cuales la estimulación de la producción de anticuerpos IgG contra alergenos comunes por medio de terapias de desensibilización puede ayudar a pacientes atópicos. Mientras más IgG antialergeno tengan, más alta es la probabilidad de que los alergenos coagrupen receptores FcεRI con receptores FcγRIIB inhibidores.
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Inhibición de moléculas emisoras de señales torrente abajo
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Dado que muchas de las reacciones en la vía de activación torrente abajo desde las vías FcεRI son fosforilaciones, múltiples fosfatasas, como shp, ship y pten, desempeñan un papel importante en la reducción de la señalización de receptor. Además, la tirosina cinasa, Lyn, puede desempeñar un papel negativo, así como uno positivo, en la emisión de señales de FcεRI al fosforilar el FcγRIIB inhibidor y activarlo. Por último, la señalización de FcεRI por medio de cinasas Lyn y Syk también activa E3 ubiquitina ligasas, entre ellas c-Cbl. Cbl produce ubiquitinación de Lyn y de Syk, así como de FcεRI mismo, lo cual desencadena su degradación. De este modo, la actividad de FcεRI contribuye a su propia desaparición.
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Las células de la inmunidad innata producen moléculas de las cuales dependen los síntomas de hipersensibilidad tipo I
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Las manifestaciones clínicas de la hipersensibilidad tipo I dependen de las moléculas liberadas por mastocitos, basófilos y eosinófilos en respuesta a formación de enlaces cruzados con FcεRI. Estos mediadores inflamatorios actúan sobre tejidos locales, así como sobre poblaciones de células efectoras secundarias, entre ellas otros eosinófilos, neutrófilos, linfocitos T, monocitos y plaquetas.
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Cuando son generados en respuesta a infección parasitaria, estos mediadores inician procesos de defensa beneficiosos, entre ellos vasodilatación y permeabilidad vascular aumentada, que producen un flujo de entrada de células plasmáticas y células inflamatorias para atacar al agente patógeno. También dañan directamente al parásito. En contraste, la liberación de mediador inducida por alergenos da lugar a incrementos innecesarios de la permeabilidad vascular e inflamación que llevan a daño de tejido con poco beneficio.
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Los mediadores moleculares pueden clasificarse como primarios o secundarios (cuadro 15-2). Los mediadores primarios son preformados y almacenados en gránulos antes de activación celular, mientras que los mediadores secundarios son sintetizados después de activación de la célula blanco, o liberados por la desintegración de fosfolípidos de membrana durante el proceso de desgranulación. Los mediadores primarios más importantes son histamina, proteasas, factor quimiotáctico (chemotactic) de eosinófilos (ecf), factor quimiotáctico de neutrófilos (ncf) y heparina. Los mediadores secundarios son el factor activador de plaquetas (paf), leucotrienos, prostaglandinas, bradicininas y diversas citocinas y quimiocinas. Las manifestaciones variadas de la hipersensibilidad tipo I en diferentes tejidos y especies reflejan variaciones de los mediadores primarios y secundarios presentes. A continuación se describen brevemente los principales efectos biológicos de varios mediadores clave.
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La histamina, que se forma por descarboxilación del aminoácido histidina, es un componente importante de gránulos de mastocitos; explica alrededor de 10% del peso del gránulo. Sus efectos biológicos se observan en cuestión de minutos luego de la activación de mastocitos. Una vez liberada a partir de mastocitos, la histamina se une a uno de cuatro receptores de histamina diferentes, designados H1, H2, H3 y H4. Estos receptores tienen diferentes distribuciones en los tejidos, y median distintos efectos en el momento de la unión a histamina. La serotonina también está presente en los mastocitos de roedores, y tiene efectos similares a los de la histamina.
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Casi todos los efectos biológicos de la histamina en reacciones alérgicas están mediados por la unión de la histamina a receptores H1; esta unión induce contracción de los músculos lisos intestinal y bronquial, permeabilidad aumentada de vénulas (venas de pequeño calibre), y secreción aumentada de moco. La interacción de histamina con receptores H2 aumenta la vasopermeabilidad (debido a contracción de células endoteliales) y vasodilatación (al relajar el músculo liso de vasos sanguíneos), estimula glándulas exocrinas, y aumenta la liberación de ácido en el estómago. La unión de histamina a receptores H2 sobre mastocitos y basófilos suprime la desgranulación; así, la histamina finalmente ejerce retroacción negativa sobre la liberación adicional de mediadores.
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Leucotrienos y prostaglandinas
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Como mediadores secundarios, los leucotrienos y las prostaglandinas no se forman sino hasta que el mastocito pasa por desgranulación, y la emisión de señales de fosfolipasa inicia la desintegración enzimática de fosfolípidos en la membrana plasmática. Una cascada enzimática resultante genera las prostaglandinas y los leucotrienos.
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En una respuesta asmática mediada por hipersensibilidad tipo I, la contracción inicial de los músculos lisos bronquial y traqueal del humano está mediada al principio por histamina; sin embargo, en el transcurso de 30 a 60 s, los leucotrienos y las prostaglandinas emiten señales para contracción adicional. Los leucotrienos, activos a cifras de nanomol, son unas 1 000 veces más eficaces para mediar broncoconstricción que la histamina, y son también estimuladores potentes de la permeabilidad vascular y de la secreción de moco. Se cree que en humanos los leucotrienos contribuyen de manera significativa al broncoespasmo prolongado y a la acumulación de moco que se observan en asmáticos.
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Citocinas y quimiocinas
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La variedad de citocinas liberadas a partir de mastocitos y basófilos se suma a la complejidad de la reacción tipo I. Los mastocitos, los basófilos y los eosinófilos secretan varias interleucinas, entre ellas IL-4, IL-5, IL-8, IL-13, GM-CSF y TNF-α. Estas citocinas alteran el microambiente local y llevan al reclutamiento de células inflamatorias, como neutrófilos y eosinófilos. Por ejemplo, la IL-4 y la IL-13 estimulan una respuesta TH2 y, así, incrementan la producción de IgE por células B. La IL-5 tiene importancia especial en el reclutamiento de eosinófilos y la activación de los mismos. Las concentraciones altas de TNF-α secretado por mastocitos tal vez contribuyen al choque en la anafilaxia sistémica. La IL-8 actúa como un factor quimiotáctico, y atrae más neutrófilos, basófilos y diversos subgrupos de células T al sitio de respuesta de hipersensibilidad. El gm-csf estimula la producción y activación de células mieloides, entre ellas granulocitos y macrófagos.
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Las hipersensibilidades tipo I se caracterizan por respuestas tanto tempranas como tardías
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Las respuestas de hipersensibilidad tipo I se dividen en una respuesta temprana inmediata y una o más respuestas de fase tardía (figura 15-6). La respuesta temprana ocurre minutos después de la exposición a alergeno y, como se describió, se produce por la liberación de histamina, leucotrienos y prostaglandinas a partir de mastocitos locales.
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Empero, horas después de que la fase inmediata de una reacción de hipersensibilidad tipo I empieza a disminuir, los mediadores liberados en el transcurso de la reacción inducen inflamación localizada, que se denomina la reacción de fase tardía. Las citocinas liberadas a partir de mastocitos, en particular TNF-α e IL-1, aumentan la expresión de moléculas de adhesión celular sobre células epiteliales venulares, lo que facilita el flujo de entrada de neutrófilos, eosinófilos y células TH2 que caracteriza a esta fase de la respuesta.
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Los eosinófilos desempeñan un papel principal en la reacción de fase tardía. El factor quimiotáctico de eosinófilos, liberado por mastocitos durante la reacción inicial, atrae grandes números de eosinófilos al sitio afectado. Las citocinas liberadas en el sitio, entre ellas IL-3, IL-5 y gm-csf, contribuyen al crecimiento y diferenciación de estas células, que a continuación son activadas mediante unión de antígeno cubierto con anticuerpo. Esto da pie a desgranulación y liberación adicional de mediadores inflamatorios que contribuyen al daño tisular extenso típico de la reacción de fase tardía. Los neutrófilos, otro participante importante en reacciones de fase tardía, son atraídos al sitio de una reacción tipo I en proceso por el factor quimiotáctico de neutrófilos liberado a partir de mastocitos en desgranulación. Una vez activados, los neutrófilos liberan el contenido de sus gránulos, que incluye enzimas líticas, factor activador de plaquetas y leucotrienos.
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A últimas fechas se ha descrito una tercera fase de la hipersensibilidad tipo I en modelos de reacciones de hipersensibilidad tipo I en la piel. Esta tercera fase empieza alrededor de tres días después de la exposición a antígeno, y alcanza un máximo al día 4. También se caracteriza por infiltración masiva de eosinófilos pero, en contraste con la segunda fase, requiere la presencia de basófilos. Como se muestra en la figura 15-7, que ilustra un ejemplo de las respuestas de fase tardía en la oreja de ratón, citocinas y proteasas liberadas a partir de basófilos actúan sobre células residentes en los tejidos, como los fibroblastos. Estos fibroblastos secretan entonces quimiocinas que se encargan del reclutamiento de números más grandes de eosinófilos y neutrófilos hacia la lesión cutánea. La desgranulación subsiguiente de los eosinófilos y neutrófilos contribuye al considerable daño tisular en el sitio del contacto inicial con el alergeno. Estos experimentos ilustraron cómo múltiples subgrupos de granulocitos pueden cooperar en la inducción de inflamación alérgica crónica.
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Hay varias categorías de reacciones de hipersensibilidad tipo I
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Las manifestaciones clínicas de reacciones tipo I pueden variar desde afecciones que ponen en peligro la vida, como anafilaxia sistémica y asma grave, hasta reacciones localizadas, como fiebre del heno y eccema. La naturaleza de los síntomas clínicos depende de la ruta de entrada del alergeno al cuerpo, así como de su concentración y de la exposición previa del huésped a alergeno. En esta sección se describen los aspectos patológicos de las diversas reacciones de hipersensibilidad tipo I.
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La anafilaxia sistémica es un estado tipo choque, y a menudo mortal, que ocurre minutos después de la exposición a un alergeno. Por lo general es iniciada por un alergeno introducido directamente al torrente sanguíneo o absorbido a partir del intestino o la piel. Los síntomas son dificultad para respirar, disminución precipitada de la presión arterial que lleva a choque anafiláctico, seguida por contracción de músculos lisos que conduce a defecación, micción y constricción bronquiolar. Esto da pie a asfixia, que puede llevar a la muerte en el transcurso de 2 a 4 min luego de la exposición al alergeno. Todos estos síntomas se deben a desgranulación rápida, mediada por anticuerpos, de mastocitos, y a los efectos sistémicos de su contenido.
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Se ha mostrado que una amplia gama de antígenos desencadena esta reacción en personas susceptibles, incluso el veneno de abeja, avispa, avispón y picaduras de hormiga; fármacos como penicilina, insulina y antitoxinas, y alimentos como mariscos y frutos secos. Si no se tratan con rapidez, estas reacciones pueden ser mortales. La epinefrina, el mejor fármaco para tratar reacciones anafilácticas sistémicas, contrarresta los efectos de mediadores como la histamina y los leucotrienos, al relajar los músculos lisos de las vías respiratorias y disminuir la permeabilidad vascular. La epinefrina también mejora el gasto cardiaco, lo cual es necesario para prevenir colapso vascular durante una reacción anafiláctica.
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Reacciones de hipersensibilidad localizadas
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En las reacciones de hipersensibilidad localizadas (atopia), las alteraciones patológicas se limitan a un tejido u órgano blanco específico, y a menudo ocurren en las superficies epiteliales expuestas por vez primera a alergenos. Las alergias atópicas comprenden una amplia gama de trastornos mediados por IgE, como rinitis alérgica (fiebre del heno), asma, dermatitis atópica (eccema) y alergias alimentarias.
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El trastorno atópico más común, que afecta a casi 50% de la población estadounidense, es la rinitis alérgica o fiebre del heno. Los síntomas se producen por la inhalación de alergenos comunes transportados por el aire (pólenes, polvo, antígenos virales), que reaccionan con moléculas de IgE unidas a mastocitos sensibilizados en las mucosas conjuntival y nasal. La formación de enlaces cruzados de receptores de IgE induce la liberación de histamina y heparina a partir de mastocitos, que a continuación causan vasodilatación, permeabilidad capilar aumentada, y producción de exudados en los ojos y las vías respiratorias. Los principales síntomas son lagrimeo, secreción abundante de moco por la nariz, estornudos y tos. De manera alternativa, un ataque de asma puede ser inducido por ejercicio o frío, al parecer de manera independiente de estimulación por alergeno (asma intrínseca).
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Al igual que la fiebre del heno, el asma alérgica es desencadenada por activación de mastocitos y desgranulación de los mismos, con liberación subsiguiente de mediadores inflamatorios, pero en lugar de ocurrir en la mucosa nasal, la reacción se desarrolla en planos más profundos en las vías respiratorias inferiores. La contracción de los músculos lisos bronquiales, la secreción de moco y la tumefacción de los tejidos que rodean las vías respiratorias contribuyen a la constricción bronquial y la obstrucción de las vías respiratorias.
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Los pacientes asmáticos pueden tener predisposición genética a respuestas atópicas. Por ejemplo, algunos tienen cifras anormales de receptores para neuropéptidos (sustancia P) que contraen músculos lisos, y expresión disminuida de receptores para péptido intestinal vasoactivo, que relaja músculos lisos.
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La dermatitis atópica (eccema alérgico) es una enfermedad inflamatoria de la piel, y otro ejemplo de una afección atópica. Se observa más frecuentemente en niños de corta edad; a menudo aparece durante la lactancia. Las cifras séricas de IgE por lo general están altas. El individuo afectado presenta erupciones cutáneas eritematosas (rojas) que se llenan con pus en presencia de una infección bacteriana acompañante. A diferencia de una reacción de dth, que comprende células TH1 (véase más adelante), las lesiones cutáneas en la dermatitis atópica contienen células TH2 y un número aumentado de eosinófilos.
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Alergias alimentarias: un tipo común de atopia que está en aumento
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Las alergias alimentarias, cuya incidencia está aumentando, son otro tipo común de atopia. En niños, las alergias alimentarias explican más respuestas anafilácticas que cualquier otro tipo de alergia. Son más frecuentes entre lactantes menores y mayores (6 a 8%), y la frecuencia disminuye un poco con la madurez. Alrededor de 4% de los adultos muestra reacciones alérgicas reproducibles a alimentos.
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Los alergenos alimentarios más comunes para niños se encuentran en la leche de vaca, los huevos, los cacahuates, frutos secos, soya (soja), trigo, pescado y mariscos. Entre los adultos, los alimentos causales predominantes son frutos secos, pescado y mariscos. Casi todos los alergenos alimentarios importantes son glucoproteínas hidrosolubles que son relativamente estables ante calor, ácido y proteasas y, por ende, se digieren lentamente. Algunos alergenos alimentarios (p. ej., la principal glucoproteína en los cacahuates [maní] es Ara h 1) también son capaces de actuar de manera directa como un adyuvante, y de promover una respuesta TH2 y producción de IgE en individuos susceptibles.
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La formación de enlaces covalentes entre alergeno de IgE sobre mastocitos, a lo largo del tracto gastrointestinal superior o inferior, puede inducir contracción de músculo liso y vasodilatación localizadas y, así, síntomas como vómitos o diarrea. La desgranulación de mastocitos a lo largo del intestino puede aumentar la permeabilidad de mucosas, de modo que el alergeno entra al torrente sanguíneo. Los basófilos también desempeñan un papel importante en síntomas agudos de alergia alimentaria.
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Se han propuesto varias hipótesis para explicar por qué algunos individuos se hacen sensibles a antígenos que son bien tolerados por el resto de la población. Una posibilidad es que una infección viral o bacteriana temporal quizá lleve a un incremento breve de la permeabilidad de la superficie intestinal, lo que permite absorción aumentada de antígenos alergénicos y sensibilización. De manera alternativa, la sensibilización tal vez ocurre por medio de la vía respiratoria o mediante absorción de alergenos a través de la piel. Se cree que esto es así para un tipo de reacción alérgica a proteínas de la manzana. La exposición a polen de abedul puede inducir hipersensibilidad tipo I respiratoria, y la IgE que se genera muestra reacción cruzada con una proteína proveniente de manzanas, lo cual lleva a una respuesta alérgica digestiva grave. Finalmente, diversos estados vinculados con la dieta pueden sesgar las respuestas de un individuo en la dirección de generación de TH2. Dichos estados incluyen antioxidantes reducidos en la dieta, consumo alterado de grasas, y suministro excesivo o insuficiente de vitamina D. El cuadro 15-3 lista diversos mecanismos inmunitarios que desempeñan un papel en la alergia alimentaria. Note que si bien casi todos están mediados por IgE, algunos están mediados por células T.
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La eficiencia de la barrera intestinal mejora con la madurez y las alergias alimentarias de muchos lactantes se resuelven sin tratamiento con el crecimiento de los niños, aun cuando todavía puede detectarse IgE específica para alergeno en la sangre. Con todo, no siempre se alcanza resolución, y en algunos casos la continuación del estado alérgico refleja una frecuencia reducida de células T reguladoras en individuos alérgicos en contraposición con no alérgicos.
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Dependiendo de dónde se deposita el alergeno, los pacientes con dermatitis atópica e hipersensibilidad alimentaria también pueden mostrar otros síntomas; por ejemplo, algunos individuos presentan ataques de asma después de ingerir ciertos alimentos. Otros presentan urticaria atópica, comúnmente conocida como urticaria, cuando un alergeno alimentario es llevado a mastocitos sensibilizados en la piel, lo cual causa erupciones eritematosas con tumefacción (edematosas).
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La hipersensibilidad tipo I tiene una base genética
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La susceptibilidad de los individuos a respuestas atópicas tiene un fuerte componente genético que se ha mapeado a varios loci posibles mediante estudios de asociación de gen candidato, análisis de ligamiento en el ámbito del genoma, y estudios de expresión del genoma (recuadro 15-2, Enfoque clínico). Como podría esperarse a partir de la patogenia de la alergia y el asma, muchos de los loci de gen asociados codifican para proteínas que participan en la generación y regulación de la capacidad de respuesta inmunitaria (p. ej., receptores de la inmunidad innata, citocinas y quimiocinas y sus receptores, proteínas de mhc), así como en el remodelado de las vías respiratorias (p. ej., factores de crecimiento y enzimas proteolíticas). Otras proteínas que han quedado implicadas en la predisposición hereditaria a alergia y asma son factores de transcripción y proteínas que regulan modificaciones epigenéticas.
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RECUADRO 15-2
ENFOQUE CLÍNICO: Aspectos genéticos del asma y la alergia
Desde hace mucho tiempo se ha apreciado que una predisposición a asma y respuestas alérgicas muestra fuerte tendencia a afectar a varios miembros de una familia, lo que sugiere la presencia de un componente hereditario. Además, estudios en gemelos en humanos y en ratones han implicado factores tanto ambientales como epigenéticos, así como genéticos, en la determinación de la susceptibilidad de un individuo a respuestas de hipersensibilidad. Con este grado de complejidad, no sorprende que la identificación de los genes involucrados en el control de la vulnerabilidad de un individuo a respuestas de hipersensibilidad haya resultado una tarea difícil. Sin embargo, desde finales de la década de 1980-1989, el juego de herramientas de los genetistas se ha expandido de manera notoria con la disponibilidad de información de secuencia en el ámbito de genoma, además de bibliotecas de polimorfismos de nucleótido único (single) (snp). Estas herramientas, junto con métodos genéticos más clásicos, se han usado para mapear genes de los cuales depende susceptibilidad a hipersensibilidad.
Un método para determinar cuáles genes se asocian con un estado patológico particular es usar el conocimiento de la enfermedad para desarrollar y después probar genéticamente una hipótesis respecto a genes candidato potenciales (esto es, “hipótesis fundamentadas”). Por ejemplo, se sabe que el asma se asocia con números altos de células TH2 diferenciadas, y las cifras altas de expresión de IL-4 introducen un sesgo en la diferenciación de células T CD4 activadas hacia el estado TH2; por ende, puede emitirse la hipótesis de que quienes sufren asma tal vez muestren polimorfismos en regiones estructurales o reguladoras del gen que codifica para IL-4, lo que da pie a producción extraordinariamente alta de IL-4.
Al usar este marco teórico, los genetistas seleccionaron una región en el cromosoma 5 del humano, 5q31-33, para análisis detallado. Esta región contiene una agrupación de genes que codifican para citocinas, entre los cuales están los genes que codifican para IL-3, IL-4, IL-5, IL-9 e IL-13, así como el gen que codifica para factor estimulante de colonias de granulocitos-macrófagos. El estudio cuidadoso de esta región reveló un polimorfismo asociado con la predisposición a asma, que se mapea a la región promotora de IL-4 —una confirmación de la hipótesis antes propuesta—. Además, también se identificaron dos alelos de IL-9 asociados con una predisposición a atopia.
Un segundo método empieza con una búsqueda, basada en datos estadísticos, de genes asociados con estados morbosos particulares, y se denomina estudio (survey) de asociación del genoma completo (wide) (gwas). Los genomas de individuos que tienen la enfermedad en cuestión, y de aquellos que no la tienen, son mapeados respecto a la presencia de snp. La asociación estadísticamente significativa de enfermedad con un polimorfismo particular a continuación proporciona la motivación para análisis de secuencia detallado en la región del snp, y una búsqueda de probables genes candidato. La clonación de genes empieza en la región identificada por el snp candidato, y después procede mediante una búsqueda de secuencias contiguas en tanto no se identifica un gen de interés. Esta técnica se denomina clonación posicional y varios genes importantes en el asma y la atopia se han identificado de esta manera.
En la figura 1 se ilustran algunos de los productos de genes que ya se ha identificado que tienen polimorfismos importantes para la aparición de asma o atopia. Empero, esta investigación está lejos de ser completa. A veces se ha mostrado que el mismo snp tiene diferentes efectos en diversas poblaciones raciales o étnicas, lo cual ilustra la complejidad de esos estudios genéticos asociados con enfermedad.
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Se dispone de pruebas diagnósticas y de tratamientos para reacciones de hipersensibilidad tipo I
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La hipersensibilidad tipo I comúnmente se evalúa mediante pruebas cutáneas, un método diagnóstico económico y relativamente seguro que permite investigar una amplia gama de antígenos a la vez. Se introducen pequeñas cantidades de alergenos potenciales en sitios específicos de la piel (p. ej., el antebrazo o la espalda), sea por medio de inyección intradérmica o mediante goteo sobre un sitio de una excoriación superficial. Los sitios se vuelven a examinar 30 min más tarde. El enrojecimiento y la hinchazón (el resultado de desgranulación local de mastocitos) indican una respuesta alérgica (figura 15-8). Menos comúnmente, los médicos pueden optar por medir la concentración sérica de IgE total o específica para alergeno usando tecnología de elisa o de inmunoelectrotransferencia Western (capítulo 20).
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El tratamiento de reacciones de hipersensibilidad tipo I siempre empieza con medidas para evitar los agentes causales. Aun así, nadie puede evitar el contacto con aeroalergenos como el polen, y ahora se dispone de diversas intervenciones inmunológicas y farmacéuticas.
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Durante muchos años, los médicos han estado tratando a pacientes alérgicos mediante exposición repetida (por medio de ingestión o inyección) a dosis crecientes de alergenos, en un régimen denominado hiposensibilización o inmunoterapia. Este modo de tratamiento ataca el mecanismo de enfermedad del individuo alérgico en la fuente y, cuando funciona, es con mucho la manera más eficaz de manejar alergias. La hiposensibilización puede reducir síntomas o incluso eliminarlos durante meses o años después de que se completa el periodo de desensibilización.
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¿Cómo funciona la hiposensibilización? Se han propuesto dos mecanismos principales (figura 15-9). La exposición repetida a dosis bajas de alergeno puede inducir un incremento de células T reguladoras que producen las citocinas inmunosupresoras TGF-β y/o IL-10 (una forma de tolerancia). También puede inducir un incremento de anticuerpos IgG no inflamatorios (específicamente IgG4) específicos para los alergenos (desensibilización). Estos anticuerpos inhiben de manera competitiva la unión de IgE o inducen coagrupación de antígeno con receptores Fc inhibidores, como se describió. Al margen del mecanismo, la hiposensibilización da lugar a una reducción de células TH2 específicas para alergeno, y un decremento concomitante de eosinófilos, basófilos, mastocitos y neutrófilos en los órganos blanco.
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Si bien a menudo es notoriamente exitosa, la hiposensibilización no funciona en cada individuo para cada antígeno. Los pacientes cuya enfermedad es resistente a la hiposensibilización, o que eligen no usarla, pueden probar otras estrategias terapéuticas en las cuales se ha aprovechado el conocimiento creciente de los mecanismos que están detrás de la desgranulación de mastocitos y de la actividad de mediadores de hipersensibilidad.
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Antihistamínicos, antagonistas de leucotrieno y corticosteroides inhalados
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Ahora, durante muchos años, los antihistamínicos han sido los fármacos más útiles para el tratamiento de rinitis alérgica. Estos fármacos inhiben la actividad de la histamina al unirse a receptores de histamina sobre células blanco y bloquearlos. Los receptores H1 son bloqueados por los antihistamínicos de primera generación, como la difenhidramina y la clorfeniramina, que son bastante eficaces en el control de los síntomas de rinitis alérgica. Por desgracia, dado que pueden cruzar la barrera hematoencefálica, también actúan sobre receptores H1 en el sistema nervioso, y generan múltiples efectos secundarios. Puesto que estos fármacos de primera generación se unen a receptores de acetilcolina muscarínicos, también pueden inducir resequedad de boca, retención urinaria, estreñimiento, latidos cardiacos lentos y sedación. Los antihistamínicos de segunda generación, como la fexofenadina, la loratadina y la desloratadina, fueron desarrollados a principios de la década de 1980-1989 y muestran significativamente menos reactividad cruzada con receptores muscarínicos.
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Los antagonistas de leucotrieno, específicamente el montelukast, también se han usado para tratar hipersensibilidades tipo I, y su eficacia es comparable a la de los antihistamínicos. Por último, la terapia con corticosteroides inhalados en dosis bajas reduce la inflamación al inhibir la actividad de células de la inmunidad innata, y se ha usado de manera exitosa para disminuir la frecuencia de ataques de asma y la gravedad de los mismos.
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Se han desarrollado anticuerpos anti-IgE terapéuticos; uno de esos anticuerpos, el omalizumab, ha sido aprobado por la fda, y se encuentra disponible como un agente farmacológico. El omalizumab se une a la región Fc de la IgE, e interfiere con interacciones IgE-FcεR; este reactivo se ha usado para tratar tanto rinitis alérgica como asma alérgica. De cualquier modo, para el tratamiento de rinitis alérgica, el omalizumab no es más eficaz que los antihistamínicos de segunda generación, y rara vez se prescribe debido a su costo más alto. También se está evaluando el valor clínico de otros reactivos monoclonales.
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Otros medicamentos usados para controlar asma alérgica
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Además de prescribir terapias que se enfocan en inhibir las causas moleculares y celulares de las hipersensibilidades tipo I, los médicos prescriben fármacos que alivian los síntomas. En particular, los medicamentos que aumentan la producción del segundo mensajero cAMP ayudan a contrarrestar la broncoconstricción propia del asma y la desgranulación de mastocitos. La epinefrina, o los agonistas de la epinefrina (como el albuterol), hacen esto al unirse a sus receptores acoplados a proteína G, que producen señales que generan cAMP (capítulo 3). La teofilina, otro fármaco de uso común en el tratamiento del asma, hace esto al antagonizar la fosfodiesterasa (phosphodiesterase) (pde), que en circunstancias normales desintegra el cAMP.
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La hipótesis de la higiene se ha propuesto para explicar incrementos de la incidencia de alergia
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La incidencia de asma ha aumentado de modo notorio en el mundo desarrollado durante las dos décadas pasadas. Esta observación apoyó sugerencias de que la reducción de la calidad del aire asociada con la industrialización desempeña un papel en la hipersensibilidad respiratoria. De hecho, la incidencia y gravedad de asma entre quienes crecen en barrios pobres es significativamente más alta. No obstante, quedó claro que la calidad del aire, aunque es muy importante, no fue el único factor que contribuyó al incremento de la incidencia de asma.
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Otra causa contribuidora fue sugerida por estudios sorprendentes realizados en Europa, Estados Unidos, Australia y Nueva Zelanda que demostraron que los niños expuestos a un ambiente de granja durante el periodo prenatal o neonatal tuvieron significativamente menos probabilidades de sufrir fiebre del heno, dermatitis atópica, asma y sibilancias en comparación con la población testigo. Además, la exposición de una embarazada o de un bebé a graneros y establos, animales de granja, heno y productos de cereales, y/o leche no procesada de vaca dio por resultado un decremento de la tendencia a la aparición de hipersensibilidad tipo I en etapas más avanzadas de la vida. La exposición de niños a situaciones de guardería y a hermanos mayores también se correlacionó con una reducción de la incidencia de asma. Lo que todas estas condiciones tienen en común es la exposición temprana a agentes patógenos y a alergenos potenciales.
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Interesados en estas características compartidas, los investigadores emitieron la hipótesis de la higiene, que propuso que la exposición a algunos agentes patógenos durante la lactancia y la juventud beneficia a los individuos al estimular respuestas inmunitarias y establecer un equilibrio sano de actividades de subgrupo de células T, de modo que ninguna respuesta domine. Por ejemplo, el ambiente uterino puede sesgar el sistema inmunitario de recién nacidos en la dirección TH2. El equilibrio TH1-TH2 puede restituirse por la aparición de infecciones en el recién nacido en desarrollo; sin embargo, en las condiciones sanitarias promovidas por la medicina occidental, el sistema inmunitario neonatal quizá no tenga la exposición a infecciones que por lo demás lo reorientaría hacia la generación de respuestas tipo TH1.
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La evidencia de que la exposición a agente patógeno induce secreción de interferón-γ mediada por nk, que sesga las respuestas del sujeto en dirección contraria a TH2 y, así, en dirección contraria a la producción de anticuerpos que contribuye al asma y otras alergias, también apoya esta opinión. Empero, otras investigaciones se enfocan en la posibilidad de que la exposición a virus, bacterias y parásitos patógenos ayuda a establecer la amplia gama de células T reguladoras que es crucial para moderar respuestas inmunitarias normales, y para sofocar reacciones autoinmunitarias.
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La hipótesis de la higiene se ha propuesto para explicar aumentos de la incidencia de todas las respuestas alérgicas (p. ej., alergias alimentarias), así como incrementos de la frecuencia de personas que sufren enfermedades autoinmunitarias (capítulo 16). Se encuentran en proceso estudios en los que se prueban diversas predicciones de la hipótesis, y sus detalles se siguen modificando. Está claro que el entendimiento de los participantes celulares y moleculares que contribuyen a alergia es importante en la evaluación de los datos provenientes de estos estudios.