Pulmón y Endotelio

Sin embargo, el pulmón parece tener otras labores no menos importantes y críticas. Como centro de numerosos procesos metabólicos, el pulmón regula y modifica las funciones de otros órganos. Muchas de estas actividades metabólicas son esenciales para el correcto intercambio gaseoso a este nivel. Por ejemplo, la producción de surfactante es primordial para el intercambio adecuado de gases.

Otras actividades, como la remoción de serotonina del torrente circulatorio o la activación de la angiotensina I, pueden regular o modificar las funciones hemodinámicas del organismo. Así mismo, algunas neoplasias pulmonares se asocian con respuestas endocrinas elevadas. Anomalías de la actividad metabólica pulmonar pueden, en ocasiones, tener implicaciones patofisiológicas para algunos sistemas como el cardiovascular y renal, por citar los dos principales.

1. Estructura celular del pulmón

Con el uso de la microscopia electrónica y la aplicación de las técnicas histoquímicas, radioautográficas y biomoleculares se pudo elucidar la fina estructura del pulmón y su correlación con sus funciones. Con la utilización de diferentes substratos específicos y coenzimas se logró demostrar con claridad lo que acontece a nivel de ese órgano, como, por ejemplo, las enzimas oxidativas se concentran en el epitelio bronquial y ciertas células alveolares, particularmente en el macrófago y la célula epitelial alveolar (neumocito II).

1.2. Epitelio alveolar

El pulmón en su área alveolar presenta un epitelio contínuo formado por dos tipos de células de origen endodérmico que se adosa al epitelio cúbico de los bronquiales. (1,2) La mayor parte de la superficie alveolar (95%) está ocupada por los neumocitos de tipo I, células grandes y de finísimas prolongaciones citoplasmáticas, no visibles al microscopio óptico, que recubren, en parte, a las otras células alveolares.

Estas finas prolongaciones, prácticamente desprovistas de organoides citoplásmicos, en especial de mitocondrias, presentan una gran fragilidad ante las agresiones externas. Los neumocitos II, denominados también granulares, o células de corner tienen un citoplasma rico en mitocondrias, retículo endoplásmico, complejos de Golgi, cuerpos multivesiculares e inclusiones lamelares o smiófilas ricas en fosfolípidos. Estas células alveolares son muy activas en la biosíntesis y secreción del surfactante(2).

1.3. Surfactante

Esta sustancia constituida por una o varias lipoproteínas complejas que contienen entre un 5 y 10% de proteínas específicas, sintetizadas por los neumocitos II, es capaz de disminuir considerablemente la tensión superficial de las soluciones acuosas. (3) La principal fracción lipídica del surfactante está constituida por lecitinas saturadas y en particular por la dipalmitolfosfatidilcolina; también se han encontrado otras muchas moléculas lipídicas más o menos tensioactivas. El predominio de los fosfolípidos saturados es muy notorio en el surfactante.

Esta particularidad hace a esta sustancia más resistente a las oxidaciones y constituye una excelente forma adaptativa al ambiente alveolar rico en O2. La biosíntesis del surfactante se efectúa a partir de precursores sanguíneos. Las células endoteliales capilares captan e hidrolizan en un sólo transito entre el 10 y el 30% de los lípidos circulantes, especialmente los triglicéridos y el colesterol. La síntesis se realiza, por tanto, a partir de los ácidos grasos o de sus precursores, glucosa y acetato. Los neumocitos II son las principales células secretoras de surfactante, pero es posible que las células Clara segreguen en los bronquiolos sustancias similares que podrían contribuir a la estabilidad bronquial. Por su parte, los macrófagos alveolares también están en la capacidad de sintetizar dipalmitolfosfatidilcolina. La deficiencia del surfactante o su inactivación por líquidos de aspiración producen inestabilidad alveolar, microatelectasias, aumento del trabajo respiratorio y, eventualmente, edema pulmonar.

1.4. Células traqueales y bronquiales

La tráquea y los bronquios están revestidos por un epitelio ciliado de varias filas, que disminuye de altura hacia la periferia, a medida que se van modificando los bronquios. Se diferencian los tipos diferentes de células en la superficie epitelial: células basales, células ciliadas y células caliciformes. (2)

1.4.1. Células basales

Son aquellas que se encuentran en la zona inferior del epitelio cerca de la lámina basal y no alcanzan la superficie epitelial. Tienen por lo general, forma de pirámide y están unidas con las células cilíndricas limítrofes mediante prolongaciones digitadas de sus membranas celulares y desmosomas. Las células basales son las células originales del epitelio. Son células indiferenciadas, de las que se puede originar otras células epiteliales, como las ciliadas y las caliciformes. (2)

1.4.2. Células ciliadas

Son las células predominantes del epitelio traqueal y bronquial; asentadas en la lámina basal abarcan por entre las células basales, la superficie epitelial. Característica principal de estas células son los cilios que recubren su superficie y que no son más que porciones móviles del citoplasma. Estos cilios vibran con una frecuencia de 12 a 14 veces por segundo, asegurando con ello el transporte contaminado de las secreciones orientado en dirección oral a la vez que revisten las vías respiratorias como un tapiz.

1.4.3. Células caliciformes

Son células que producen moco denominadas caliciformes debido a su estructura similar a un cáliz. Se asemejan a las células caliciformes del intestino, aunque presentan una forma más estrecha y alargada, en correspondencia con la altura del epitelio. Al igual que las células ciliadas, alcanzan la membrana basal mediante estrechas prolongaciones entre las células basales al tiempo que se adhieren a aquella. El número de células caliciformes disminuye en dirección de los bronquiolos; generalmente representan éstas formas aisladas, envueltos por una corona de células ciliadas, aunque en ocasiones pueden aparecer en pequeños grupos.

1.5 Células libres

Entre las células libres intra-alveolares, la variedad principal son los macrófagos, las células clásicas que hacen del pulmón uno de los colectores de sustancias y elementos extraños más eficaces.

1.5.1. El macrófago alveolar (4)

Los macrófagos intra-alveolares son células de gran tamaño, redondas generalmente, que poseen un abundante citoplasma rico en hierro, con núcleo excéntrico con muescas y numerosas microvillocidades en la periferia. El origen del macrófago alveolar está bien elucidado. Como los otros macrófagos, el alveolar proviene de la médula ósea (promonocito) y los monocitos de origen sanguíneo.

De todas formas, el macrófago sufre una maduración a nivel del parénquima pulmonar (el calcio, el magnesio favorecen la adherencia del macrófago a la pared alveolar). En cuanto a la actividad metabólica, es necesario señalar dos características: la presencia de inclusiones de tipo variado (góticas lipídicas, figuras mielínicas, detritos celulares) testimonios de las propiedades fagocíticas de esta célula.

Aunque el macrófago alveolar no es apto para sintetizar lecitina, interviene en el metabolismo lipídico siendo considerado por algunos como el "cementerio" del surfactante. De otra parte, la riqueza en lisosomas demuestra la actividad intensa de la fosfatasa ácida del macrófago. La diferencia entre los macrófagos proviene de su mayor o menor contenido de enzimas. La secreción de enzimas lisosomales está ligada a factores ambientales.

Dannenberg identificó nueve categorías de enzimas: proteasa, esterasa, fosfatasa ácida, ribonucleasa, desoxirribonucleasa, lipasa, beta-glucosidasa, beta-galactosidasa y lisosoma. Demoulin, posteriormente, aumentó las categorías a veinte. Sin embargo, el macrófago alveolar es el centro de los mecanismos de defensa del pulmón. Actúa muy rápidamente y asegura la esterilidad de las vías aéreas subglóticas. Esta actividad es sorprendente teniendo en cuenta toda la producción que nos rodea y que inhalamos continuamente. Cada una de las sustancias extrañas se enfrenta a un macrófago alveolar sin que lo pueda evitar.

Es importante tener en cuenta que la actividad bacterial del macrófago varía de acuerdo a los microorganismos a los cuales debe enfrentarse. Es así como la Candida albicans desaparece más rápidamente que el Aspergilus fumigatus. Se ha evidenciado en la superficie del macrófago la existencia de receptores Fc para las IgG y C3b que incrementan la actividad bactericida. Adicionalmente, la actividad macrófágica puede ser desencadenada con la intermediación de la vía alterna del complemento, en ausencia de una reacción de las células inmunocompetentes. Todas las sustancias capaces de provocar una secreción de hidrolasa por los macrófagos son susceptibles de activar la vía alterna del complemento (asbesto). Esta activación conlleva la separación del C3 que, a su vez, da origen al C3b, el cual estimula la secreción de hidrolasa por los macrófagos. Estas células fagocíticas intervienen también en la defensa antiviral, por su capacidad de producir interferón. (5)

Pero el macrófago no tiene una acción específica. Es cierto que desestimula la invasión e impidiendo la penetración de partículas en los ganglios linfáticos y los espacios intersticiales, recurre a los linfocitos para desencadenar el mecanismo inmunológico eficaz que es incapaz de asegurar por sí sólo. La acción del macrófago alveolar se inhibe por los oxidantes, el humo de cigarrillo, las globulinas anti-linfocitarias, los corticoides, los inmunosupresores y ciertos virus. En fin, los macrófagos alveolares son anatómica y fisiológicamente diferentes de los otros macrófagos (como los macrófagos peritoneales o las células de kuppfer del hígado) incluso porque son los que más oxígeno consumen. Sin embargo, son menos agresivos.

1.5.2. Los linfocitos alveolares

Son muy bien conocidos en el hombre que desde la utilización de los lavados broncoalveolares adquirieron importancia. Como los otros linfocitos del organismo, intervienen en la activación del macrófago alveolar. En la persona normal, su porcentaje varía entre el 18 y el 21%, pero su número puede aumentar considerablemente en ciertas condiciones patológicas. Por el contrario, en los fumadores, el porcentaje de las células linfocíticas puede disminuir (alrededor del 7%) mientras que el de los macrófagos aumenta hasta alcanzar un 92%. El estudio de las subpoblaciones linfocitarias muestra normalmente un porcentaje más importante para los linfocitos T (47% en promedio) mientras que los linfocitos B alcanzan un 25% en promedio.

1.5.3. Las otras células

Su número es muy escaso (1 al 3%) aunque pueden incrementarse bajo ciertas condiciones patológicas. Es el caso de los mastocitos y los basófilos y, en ciertas ocasiones, el de los eosinófilos. Estos últimos que se caracterizan por sus granulaciones acidofílicas que contienen una proteína básica mayor (MBP) son atraídos por el leucotrieno B4. Su papel se centraría en una labor reguladora (por inactivación) de los mediadores químicos, gracias a sustancias específicas como la asulfatasa, una histaminasa y la fosfolipasa D, o una perpetuadora de la inflamación secundaria a fenómeno y/o patologías inmunológicas (asma, por ejemplo) {mospagebreak title= Células Neuroendocrinas}

1.6. Células neuroendocrinas

Si bien no se conocen en su totalidad la prevalencia y distribución de las células neuroendocrinas en el pulmón, es muy elevado el interés existente acerca de su papel y acción fisiológicos y patológicos. Se incluyen en este grupo las células Kultschitzky (argentafines) origen posible de tumores carcinoides bronquiales y eventualmente del carcinoma de células en avena. Otras células neuroendocrinas, presentes tanto en el pulmón como en otros órganos, son particularmente activas y partícipes en el metabolismo de las aminas y en la secreción de hormonas polipéptidas.

Otra denominación para estas células, las células APUD, se derivan de ciertas características citoquímicas que tienen en común: un alto nivel de aminas (catecolamina, serotonina), ser precursores de aminas y pertenecer a las aminodecarboxilasas ácidas. La habilidad potencial de estas células para secretar hormonas péptidas expresa por sí sola diversos síndromes endocrinos los cuales, a veces, complican ciertas lesiones pulmonares, especialmente tumores(6).

1.7. Células endoteliales

Aunque pobre en organelos citoplasmáticos la célula endotelial juega un papel muy importante en el metabolismo, especialmente en la formación y liberación de diversas sustancias vasoactivas. Además, ocupa un papel primordial en la génesis y evolución de la respuesta inflamatoria presente en los bronquios y alveolos(7). El endotelio pulmonar regula los intercambios de fluidos, solutos, macromoléculas y células entre el espacio vascular y tisular. En presencia de la inflamación, la barrera endotelial se vuelve más permisiva para los intercambios por lo que el transporte de sustancias y moléculas se incrementa.

De hecho, los mediadores neurohumorales, oxidantes y leucocitos incrementan la concentración del Ca ++ citosólico de la célula endotelial. Mientras que la elevada concentración de calcio incrementa el AMPc tiene el efecto opuesto. De allí que incrementar el AMPc previene o reversa el edema pulmonar inducido por el aumento de la permeabilidad. Otro ejemplo con lo cual se evidencia el papel crucial del endotelio pulmonar lo constituye la hipertensión pulmonar caracterizada por un engrosamiento de la arteria pulmonar y un incremento de la resistencia vascular. (8)

El óxido nítrico es un potente vasorrelajante derivado del endotelio que, además, tienen como propiedad adjunta inhibir el crecimiento de las células musculares lisas del vaso. Los pacientes con hipertensión pulmonar adolecen de una pobre expresión de la enzima oxido nitro sintetasa encargada de la producción del óxido nítrico (NO)(9). Es posible que la expresión disminuida de esta enzima pueda contribuir a la vasoconstricción pulmonar y el crecimiento excesivo de las células de la musculatura lisa de la arteria.

En los enfermos con hipertensión pulmonar secundaria a enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) se han podido evidenciar cambios ultraestructurales en las células endoteliales de los vasos pulmonares. La hipoxia ha sido estudiada como la probable causante de dichas alteraciones. (10) A la luz de los conocimientos actuales y las patologías descritas anteriormente el endotelio vascular pulmonar no debe ser considerado como una simple capa deslizante del flujo sanguíneo o como una barrera interna interpuesta entre la sangre y la pared vascular, sino como un autentico "órgano" con características endocrinas. En su amplio escenario, a través de numerosos actores, se realizan funciones tan importantes como respuestas inmunes, coagulación, tono vascular, etc., por citar solamente algunas de ellas.

De esta manera, la patología del endotelio pulmonar está presente en diversos procesos: asma, bronquitis crónica, edema pulmonar, hipertensión pulmonar, crecimiento tumoral, etc. El endotelio intacto es una de las principales fuentes de protección contra el embolismo pulmonar, la vasoconstricción, el edema pulmonar y los procesos inflamatorios.

2. Capilares y endotelio pulmonares (1)

Los capilares pulmonares tienen un diámetro muy pequeño (5 a 7 m) y están limitados por un endotelio que descansa sobre una membrana basal. Las células endoteliales miden la mitad de los neumocitos I, presentan una región perinuclear de 3 m de espesor y largas prolongaciones citoplásmicas enrolladas que forman la pared misma de los capilares. Las células endoteliales están unidas entre sí por uniones menos estrechas que las de las células epiteliales (mácula occludens o spot juntions), de una longitud de 40 nm; las membranas celulares están separadas por un espacio de 10 a 15 nm pero permiten la existencia de varios estrechamientos de sólo 4 nm (spot). Lo esencial de las transferencias convectivas y de difusión del agua, electrolitos y moléculas hidrosolubles de un PM<40.000 se lleva a cabo a través de estas uniones, pero la transferencia de macromoléculas se ve limitada por su escaso diámetro y por la existencia de un gel proteico y mucopolisácarido cuyas mallas retienen las grandes moléculas. Las células endoteliales son ricas en filamentos y son susceptibles de contraerse bajo el efecto de la histamina, serotonina y bradicinina, aumentando la permeabilidad capilar al abrirse las uniones.

El tapizado endotelial de las venas y las arterias pulmonares es básicamente similar al de los capilares, aunque más grueso, y con numerosos y diversos organelos en parte de su citoplasma. Es probable que estas células sean más activas, desde el punto de vista metabólico, que las del endotelio capilar. Son particularmente ricas en unos gránulos cuya función se desconoce en su totalidad. Lo cierto es que muchas de las funciones metabólicas no respiratorias del pulmón, especialmente el transporte de algunas sustancias bioactivas como la angiotensina y las prostaglandinas son realizadas por las células endoteliales.

2.1. Intercambios a través de la membrana alveolar (11)

La mayor parte de los intercambios por difusión a través de la membrana alvéolo capilar tiene lugar entre el plasma y el intersticio. Los intercambios a través de la barrera epitelial del alvéolo hacia el intersticio y capilares suelen ser menos importantes. Mientras que los movimientos netos de agua y solutos por filtración son mínimos en condiciones normales, los intercambios bidireccionales por difusión entre los medios intravascular y extravascular son muy importantes en volumen y esenciales para el metabolismo del pulmón(1). Los intercambios de agua tienen lugar a través de las uniones y de los segmentos proteicos de las membranas celulares; las pequeñas moléculas liposolubles pasan a través de los segmentos lipídicos de las membranas celulares; las pequeñas moléculas hidrosolubles no pesadas, de peso inferior a 30.000 y de diámetro inferior a 3nm, atraviesan las uniones y rara vez los segmentos proteicos de las membranas.

En realidad, la transferencia por difusión de las moléculas no tiene lugar a través de toda la superficie de los capilares, sino en una parte de la misma que, para los solutos micromoleculares no liposolubles y sin carga, corresponde aproximadamente a la superficie de las uniones intercelulares o poros, sp. Tampoco la totalidad de la superficie de los poros se utiliza para la difusión, debido a que las moléculas que chocan contra los bordes de aquellas son rechazadas, y a que las moléculas que se introducen en las uniones sufren resistencias de fricción que frenan su paso.

2.2. Regulación de la permeabilidad de la célula endotelial

El endotelio pulmonar forma una barrera semiselectiva cuya función es regular el balance de fluidos y el paso de leucocitos. Ante el evento de un proceso inflamatorio en el pulmón mediadores neurohumorales y oxidantes actúan sobre el endotelio para inducir la formación de brechas (gaps) necesarias para la transudación de proteínas desde el flujo sanguíneo hacia el intersticio(12). El mecanismo exacto no se conoce en su totalidad. Sin embargo, se sabe que la concentración citosólica del calcio ( Ca++ i) y el AMPc son dos señales opuestas entre sí que juegan un papel esencial en la regulación de la permeabilidad de la barrera endotelial.

Es así como el incremento de la concentración del ión calcio promueve la interrupción de la barrera macrovascular endotelial y contrariamente, los niveles altos de AMPc fortalecen la función de la barrera. Si se presenta una respuesta inflamatoria en el pulmón se observa una elevación del Ca++ i en la célula endotelial y una disminución del AMPc que facilitan el paso de sustancias por la formación de brechas intercelulares. Modelos de lesión pulmonar causada por oxidantes demuestran claramente la interrupción de la barrera microvascular endotelial en la zona específica del daño. Diversos mensajeros endoteliales activan los receptores específicos e incrementan el calcio citosólico libre, (Ca++)i. La respuesta se caracteriza por presentarse en dos tiempos, incluyéndose una elevación transitoria correspondiente a la liberación de Ca++ a partir de los depósitos intracelulares y a un incremento sostenido debido a la entrada de calcio a través del plasmalema. Cada tiempo, liberación de Ca++ y entrada, puede regular la función celular.

Por ejemplo, la activación del óxido nítrico sintetasa y la inhibición de la adenil ciclasa requieren de la entrada de calcio. Adicionalmente, la concentración del calcio citosólico está a su vez, determinada por la actividad recuperadora de calcio y la liberación de enzimas. Al alterar la actividad de estas enzimas podría acortarse o prolongarse la presencia del CA++ y cambiar la función celular. Los niveles de AMPc pueden influir en la liberación de Ca++. Existen evidencias que niveles elevados de AMPc reducen la bradicinina y estimulan la movilización del calcio. (13)

El efecto del AMPc en la barrera endotelial parece en la actualidad entenderse mejor. Los niveles de AMPc y la integridad de la barrera endotelial pulmonar van de la mano. El AMPc es un segundo mensajero cuya producción está regulada por el ligando receptor proteína G en el cual la estimulación se hace por vía Gs y la inhibición por Gi. La producción de AMPc es susceptible de ser regulada por la concentración de los ligandos, la ocupación de los ligandos receptores y el grado de activación entre Gs y Gi, procesos que todos ordenan el ciclo intrínseco de las proteínas G. Algunas evidencias indican que tanto la producción como la degradación del AMPc podrían ser influenciadas por el (Ca++)i (14).

3. Oxido nítrico, endotelio y pulmón

El óxido nítrico endógeno es un gas reconocido recientemente como sustancia importante en la regulación de una amplia variedad de funciones pulmonares. Es evidente que actúa como vasodilatador, broncodilatador, antiagregante plaquetario y neurotransmisor de los nervios broncodilatadores. Además, participa activamente en la respuesta inflamatoria. El NO es formado en los pulmones y su presencia ha sido detectada en la exhalación de diversas especies animales, incluyendo a la humana. El NO exhalado se incrementa en las enfermedades inflamatorias de la vía aérea, como el asma y las bronquectasias. (15) La fuente del NO exhalado es incierta, pero podría originarse en el epitelio de las vías aéreas, el alvéolo, endotelio, los macrófagos alveolares u otras células inflamatorias presentes en el pulmón. También existen evidencias que el NO se forma en la nasofaringe pudiendo ser una fuente importante del gas exhalado en las personas normales. {mospagebreak title=Características del NO}

3.1. Características del NO

El NO es un gas incoloro, molécula pequeña formada de la combinación 1 a 1 de dos de los principales elementos de la atmósfera, el Nitrógeno y el Oxígeno. Es un radical libre inestable, de vida media muy corta, entre 6 y 10 segundos, por lo que es necesario su liberación continua para mantener la acción vasorrelajante, la más potente conocida hasta ahora. Por su efecto local sobre el área de liberación, actúa como una hormona paracrina (16, 17). En su acción vasodilatadora y antiagregante plaquetaria, el NO realiza sinergismo con la PGI2 (prostaciclina), pero mientras está lo ejecuta a través del AMPc, el NO la realiza a través del GMPc.

En el pulmón se sintetiza NO por acción de sintetasas constitutivas a través del endotelio vascular, plaquetas y mastocitos; la síntesis es limitada (cantidades picomolares) como respuesta a una estimulación por receptor(18). La síntesis de NO por acción de la sintetasa inducible se debe a los macrófagos, neutrófilos, endotelio vascular, células del músculo liso vascular y algunas células tumorales. Esta síntesis es cuantitativamente mayor (cantidades nanomolares) por periodos prolongados siendo provocada por estímulos inmunológicos e inhibida por los glucocorticoides. (19)

El NO al estimular la guanilato ciclasa soluble (GCS) y promover la síntesis de GMPc, produce relajación del músculo liso vascular. El flujo pulsátil y el estrés de estiramiento de la pared actúan como estímulos fisiológicos para su liberación. Autores, como Moncada, sostienen que el NO liberado a nivel de las terminaciones nerviosas no adrenérgicas, no colinérgicas pueden conducir a vasodilatación. Adicionalmente, el NO inhibe la activación de los leucocitos, pudiendo así regular la interacción célula - pared vascular. El NO inhibe también la proliferación de las células del músculo liso vascular a través del GMPc; los trastornos en la liberación del NO pueden contribuir al espasmo arterial y al desarrollo de la hipertensión pulmonar. (9)

Parece que las arterias liberan mayor cantidad de NO que las venas, probablemente por diferentes estímulos de presión en ambos tipos de vasos. Tanto en animales como en humanos se ha demostrado una disminución en la síntesis de NO en la hipertensión arterial, ateroesclerosis y vasoespasmo. También hay déficit de este gas en la hipertensión pulmonar, en la enfermedad pulmonar obstructiva crónica y estados afines por déficit de expresión de NO sintetasa endotelial.

3.2. Efectos sobre el aparato respiratorio

Las arterias pulmonares liberan NO, pero parece ser que en menor cantidad que en la circulación sistémica. La hipoxia determina vasoconstricción, lo que estimula una mayor liberación de NO con finalidad compensatoria. El NO contribuye al mantenimiento de una baja presión en la circulación pulmonar. La inhalación de este gas revierte la hipertensión pulmonar y su inhalación crónica protege contra el desarrollo de esta patología en la rata crónicamente hipóxica; también la inhalación de NO mejora el síndrome de distress respiratorio del adulto. (20)

En los sujetos formadores se sintetiza menos NO a nivel de la nasofaringe, mientras que la colonización bacteriana de esa zona anatómica potencia la síntesis de NO, probablemente por acción sobre la sintetasa inducible. Ciertas citocinas inducen la producción de NO a través del incremento de la actividad de la sintetasa inducible localizada en el epitelio bronquial y en las células inflamatorias situadas por debajo de la membrana basal. Los asmáticos tratados con corticoides tienen niveles más bajos de NO en el aire exhalado que los no tratados. En cambio, los fumadores contienen mayor cantidad de NO en el aire expirado que los no fumadores. La endotoxina estimula la producción de NO por las células endoteliales de la arteria pulmonar, quizás por la presencia de algunas citocinas como el TNF.alfa y la interleucina 1-alfa.

3.2.1. Hipertensión pulmonar

La circulación pulmonar es un sistema de baja resistencia. La presión media de impulso es más, o menos, la octava parte de la existente que en la circulación sistémica. Esta baja resistencia se debe al poco músculo liso vascular presente en la circulación menor a la gran salida de sangre del árbol arterial pulmonar durante la sístole, capacidad y distensibilidad importantes de las arterias pulmonares, al número destacado de vasos pequeños que permanecen en reserva, pero principalmente por la acción de las células endoteliales(19).

Efectivamente, el endotelio de las arterias pulmonares produce factores que regulan el flujo sanguíneo y el tono vascular. Uno de los más importantes elementos liberados es el óxido nítrico, el cual es sintetizado por las células endoteliales a partir del átomo de nitrógeno del grupo guanidino terminal del aminoacido L-arginina en presencia de oxígeno y por acción del óxido nítrico sintetasa perteneciente a la familia de las oxidorreductasas.

Adicionalmente a los efectos vasodilatadores, el NO actúa como broncodilatador, neurotransmisor, anticoagulante, antiproliferativo y antimicrobiano. El NO es el responsable principal del mantenimiento de la presión baja en el circuito pulmonar normal. Una disminución de éste por una expresión atenuada de la ON sintetasa podría explicar la génesis y evolución de la hipertensión pulmonar en los pacientes con EPOC y eventualmente en aquellos que viven en las grandes alturas. El NO tiene efectos vasodilatadores en los vasos pulmonares, pero también inhibe la patogenicidad y la proliferación de las células musculares lisas de los vasos.

Algunos estudios demuestran como el NO inhalado y la L-arginina reducen la presión pulmonar en pacientes con hipertensión pulmonar. Análisis inmunohistoquímicos demuestran claramente la expresión elevada de óxido nítrico sintasa en el endotelio vascular de las arterias pulmonares, venas y vasos bronquiales de los pulmones normales en contraste con una expresión muy disminuida en los pacientes con hipertensión pulmonar. Un disbalance en la expresión de las sustancias vasoactivas derivadas del endotelio contribuye, en definitiva, a la patogenia de la hipertensión pulmonar. Cristman y colaboradores informaron acerca de un disbalance entre la excreción de tromboxano y los metabolitos de la prostaciclina en pacientes con hipertensión pulmonar. (21)

También se ha podido demostrar niveles altos de endotelina-1 en el endotelio de las arterias pulmonares con arteriopatía severa en pacientes con hipertensión arterial. La expresión del endotelina-1 es inversamente proporcional a la presencia del óxido nítrico sintasa. Analizados todos estos hechos, se podría decir que una disfunción endotelial a nivel de las arterias pulmonares es la causa fundamental de la hipertensión pulmonar y que la evolución de la enfermedad se acompaña obligatoriamente de un empeoramiento de la función endotelial.

Si se consideran los depósitos de los factores endoteliales que pueden ser deficientes en los enfermos con hipertensión pulmonar es lógico pensar que si se reemplazan se obtendría una respuesta terapéutica adecuada. La prostaciclina intravenosa, por ejemplo, reduce la presión arterial pulmonar y mejora la sobrevida de los pacientes con hipertensión pulmonar primaria. En la inhalación de NO también se obtiene el mismo resultado. Para un mejor régimen es aconsejable medir el NO endógeno esperado. Los pacientes con deficiencia podrían ser tratados con el sustrato de NO, la L-arginina, con la cual se han obtenido buenos resultados.

3.2.1.1. Neutrófilos y lípidos en la génesis de la hipertensión pulmonar

El daño endotelial, analizado tanto desde el punto de vista funcional como morfológico, se presenta en diversas situaciones inflamatorias agudas caracterizadas por la pérdida de las propiedades de barrera y la entrada de neutrófilos. En el pulmón, la inflamación aguda puede asociarse con el desarrollo de la hipertensión pulmonar. Además, otras evidencias sugieren que el daño endotelial puede asociarse con la hipertensión pulmonar crónica. Aunque el compromiso endotelial puede deberse a diferentes mecanismos, el neutrófilo juega un papel muy importante en la génesis del daño endotelial durante el proceso inflamatorio. (22)

Sin embargo, las condiciones bajo las cuales el neutrófilo afecta el endotelio no están totalmente esclarecidas, aunque se conocen muy bien algunos de los factores que inciden en la injuria endotelial mediada por estos fagocitos. Entre ellos sobresale la adhesión de los neutrófilos a la célula endotelial como el paso inicial de la evolución del proceso inflamatorio. La adhesión del neutrófilo puede ser el comienzo de eventos cruciales para el daño endotelial. Uno de ellos es que la adherencia neutrofílica puede organizarse de tal manera que permita una mayor y eficiente activación del fagocito.

Como consecuencia de lo anterior, el neutrófilo libera en la zona productos que alteran morfológica y funcionalmente a la célula endotelial, como metabolitos de oxígeno, proteasas y moléculas catiónicas. Diversos mediadores presentes en la zona inflamatoria incrementan la adherencia del granulocito a la célula endotelial, entre ellos sobresale los potentes quimioatrayentes derivados de la fracción C5 del complemento y de las bacterias (FMLP) y el mediador lipídico conocido como el factor activador de las plaquetas (PAF). Sobresale también el LTB4 como fuente promotora de la adherencia neutrófila al endotelio. Parece que la adherencia global depende en mucho a la regulación del complejo CDW18, una glicoproteína de superficie que se involucra fuertemente con las propiedades adhesivas del neutrófilo(23,24).

Otra clase de agente inductor de adherencia en los polisacáridos bacterianos. Estas sustancias, porque son varias, están presentes con alta frecuencia en las áreas inflamatorias acompañando la infección por gram negativos. La adhesividad del neutrófilo por el endotelio representa, probablemente; sólo una parte del proceso por el cual el fagocito y la célula endotelial interactúan. De hecho, el endotelio puede ser alterado por la interleucina -1 y el factor de necrosis tumoral convirtiéndose en un blanco más fácil para la adherencia neutrófila. Estas citocinas pueden producirse como respuesta a la presencia de los lipopolisacáridos. Finalmente, las fuerzas adhesivas entre neutrófilos y endotelio están balanceadas por la hidrodinámica que tiende a prevenir y/o evitar la adherencia. En las fuerzas hidrodinámicas si incluyen las de la fricción y la viscocidad.

3.2.1.2. Intervención de la endotelina

Las células endoteliales no sólo producen factores relajantes, sino también agentes vasoconstrictores. La endotelina es un péptido originado en el endotelio con una enorme capacidad vasoconstrictora. Se conocen tres clases de endotelinas, la endotelina -1, la endotelina-2 y la endotelina-3. Las células endoteliales producen exclusivamente endotelina-1 la cual tiene moléculas precursoras (preproendotelina, proendotelina o "big endothelin") que necesitan de la presencia de la enzima convertidora de la endotelina (ECE) (25).

La expresión de la preproendotelina m RNA es estimulada por la epinefrina, angiotensina II, la argenin-vasopresina, la trombina y la interleucina-1, sustancias que incrementan el calcio intracelular y activan la fosfolipasa C dentro de las células endoteliales. Por otro lado, la producción de endotelina es regulada por estímulos inhibitorios, particularmente los originados por el NO y la prostaciclina. La endotelina-1 tiene una potente propiedad vasoconstrictora por sí misma y la capacidad de potenciar la acción de otros vasoconstrictores de carácter hormonal como la norepinefrina y la serotonina.

Para efecto de su accionar la endotelina -1 se une a un receptor específico localizado en la musculatura lisa lo que permite un rápido y transitorio incremento del Ca++ citosólico debido a su liberación de los depósitos intracelulares. (25,26) Los pulmones juegan un papel trascendental en el metabolismo de la endotelina. En verdad, en estudios utilizando endotelina radiomarcada se ha podido evidenciar que ésta es primordialmente captada en pulmones, hígado y riñones. Esto podría explicar porqué los niveles de endotelina facilitan la vasodilatación mientras que concentraciones altas del péptido causan vasoconstricción. En la hipertensión pulmonar el efecto vasodilatador y sólo la vasoconstricción debido principalmente a la endotelina prevalece. En los pacientes con hipertensión pulmonar se han podido detectar niveles altos de endotelina. {mospagebreak title=Asma y rinitis}

3.2.2. Asma y rinitis

Estas dos enfermedades respiratorias son con frecuencia investigadas, evaluadas y tratadas juntas por su estrecha unión patogénica, epidemiológica y terapéutica. Por ejemplo, una mayoría relevante de pacientes asmáticos relatan tener síntomas nasales versus una minoría dentro de la población general. La prevalencia de asma en pacientes con rinitis es mucho más alta que la encontrada en la población total. Patofisiológicamente los eventos críticos que motivan el desarrollo de las manifestaciones clínicas de ambas enfermedades suelen ser los mismos. De hecho, muchas de las células, mediadores, citocinas y neurotransmisores participantes en la respuesta del asma y la rinitis son las mismas. El tratamiento de la rinitis ha demostrado mejorar la función pulmonar y disminuir los síntomas en los asmáticos. Además, la terapia sistémica puede tratar ambas enfermedades concomitantemente. (27)

La reacción alérgica induce la aparición de inflamación caracterizada por la acumulación de leucocitos en el sitio de la reacción. El infiltrado celular se distingue por los mastocitos, los linfocitos T y los eosinófilos activados. La inflamación pulmonar resulta tanto del reclutamiento leucocitario como de la a activación celular local. Los mecanismos por los cuales las células son reclutadas son complejos. La migración de los leucocitos hacia la zona inflamatoria hace necesaria la interacción con el endotelio mediada por las moléculas de adhesión pertenecientes a las selectinas, integrinas y la superfamilia de las inmunoglobulinas.

Por otro lado, los eventos relacionados con la adhesión son importantes en las funciones efectivas en la zona de inflamación. La cascada de la adhesión incluye tres etapas: las selectinas inducen la lentitud del leucocito por el vaso; la adhesión de los leucocitos al endotelio implican tanto la acción de las quimocinas derivadas del endotelio como la interacción entre las integrinas activadas con ICAM-1 y/o VCAM-1; es cuando los leucocitos emigran a través de las células endoteliales. La expresión, la activación de las moléculas de adhesión están estrictamente reguladas por los mediadores proinflamatorios y esencialmente por citocinas. Los efectores inmunes responsables de la reacción inflamatoria, tanto en el pulmón como en la nariz, son esencialmente los mastocitos, los linfocitos T y los eosinófilos.

Es importante anotar que los mediadores preformados y los sintetizados posteriormente (e.g histamina, prostaglandinas, leucotrienos y proteasas, hidrolasas y proteínas citotóxicas) y las citocinas/quimocinas producidas por estas células necesitan interactuar con el endotelio. Esto es especialmente cierto para las citocinas/quimocinas, el desarrollo de los eosinófilos, su reclutamiento y activación. Las células endoteliales participan en este proceso, no solamente a través de las moléculas de adhesión, sino también porque producen citocinas(28).

3.2.2.1. Papel de la célula endotelial

Los mecanismos que involucran el reclutamiento de leucocitos han sido estudiados histo-patológicamente con la ayuda de biopsias y lavados broncoalveolares en pacientes asmáticos. Estos estudios han demostrado que las moléculas de adhesión ICAM-1 y en menor grado, la selectina E y la VCAM-1 se expresan en la superficie del endotelio. Una expresión aumentada de la ICAM-1 se observó también en el epitelio bronquial comparada con los controles. Ohkawara y colaboradores demostraron igualmente que la expresión del ICAM-1, VCAM-1 y la selectina E en la célula endotelial vascular estaba notoriamente aumentada concomitantemente con una acumulación local de eosinófilos en la mucosa bronquial de los pacientes asmáticos. Los lavados bronquiales contribuyen a diferenciar los tipos de células y los mediadores específicos (elastasa neutrófila, proteína catiónica del eosinófilo, histamina e interleucina 8) presentes en el estado asmático. Lo anterior permite pensar que existe realmente una activación endotelial durante la reacción inflamatoria pulmonar y nasal. (29)

3.2.2.1.1. Interacción con los mastocitos

Estas células liberan rápidamente mediadores como la histamina y el TNF los cuales juegan un papel primordial en las manifestaciones clínicas. Entre los mediadores la histamina interactúa directamente con la célula endotelial induciendo un incremento de la permeabilidad y una expresión transitoria de la selectina P y la secreción de mediadores lípidos (PG12, PAF y LTB4). Así mismo, la histamina, a concentraciones superiores a 10-6 M, induce un aumento significativo de IL-8. 3.2.2.1.2. Interacción con el macrófago Algunos autores sugieren que el macrófago puede participar en la inducción de la inflamación local observada en el asma bronquial por su capacidad de activar la célula endotelial. En efecto, la unión de los receptores de la IgE y los alergenos causan una liberación importante de TNF e interleucina 6 por parte del macrófago alveolar en los pacientes asmáticos. La secreción de IL-1 también ha sido detectada bajo estas mismas condiciones de estimulación.

3.2.2.1.3. Interacción con los linfocitos T

Se conoce y se acepta en la actualidad que la liberación de los linfocitos aumentan la expresión de las moléculas de adhesión a nivel endotelial. Sin embargo es necesario aclarar que puede haber diferentes zonas en el endotelio para la respuesta por ejemplo, IFN modula la expresión de ICAM-1 y la IL-4 incrementa significativamente las VCAM-1 lo que se traduce en una adhesión preferencial hacia el endotelio por parte de eosinófilos, basófilos y linfocitos T. Estas linfocinas están característicamente relacionadas con las TH1 y/o TH2. En el asma bronquial las células T activadas del tipo TH2 secretan IL-3, IL-4, IL-5 o GMCSF los cuales involucran la maduración y activación de eosinófilos y linfocitos (28,30) La eotaxina es una citocina quimiotáctica (quimiocina) que recluta eosinófilos a través de la activación del receptor CCR3.

Este proceso incluye selectinas, integrinas y quimioquinas. La eotaxina es uno de los miembros de una familia numerosa de ligandos para el receptor CCR3 presente en los eosinófilos, basófilos y linfocitos T. El descubrimiento de la eotoxina en el lavado bronco alveolar de los alérgicos condujo a investigar su papel en el asma. La eotoxina es producida por el epitelio respiratorio después de haber sido estimulado por citocinas y actúa a nivel del CCR3 de los eosinófilos para inducir quimiotaxis. Teniendo en cuenta la noción que la célula T auxiliar, tipo 2 o linfocito tipo TH2, aumenta la producción de IgE a través de la liberación de citocinas, especialmente la IL-4, se podrían correlacionar la IgE total y la eotoxina plasmática como un elemento predictivo de la severidad del asma. Además, la eotoxina puede producir efectos interactuando con otras citocinas de origen diferente a los TH2, como la IL-5 la cual es imprescindible para la liberación, maduración y activación del eosinófilo. (31)

3.2.2.1.4 Biosíntesis de leucotrienos

Los leucotrienos son autacoides lipídicos que actúan como mediadores de la inflamación. Estos compuestos modulan, en parte, a los neutrófilos, la célula endotelial y la función de la musculatura lisa siendo muy importantes en diferentes patologías como el asma, la artritis y la psoriasis. (32) Debido a que los leucotrienos regulan la permeabilidad vascular, la adhesión leucocitaria, la quimiotaxis y el tono de la vasculatura lisa, su importancia amerita referenciarlas patofisiológicamente. Es aceptado que como elemento bioquímico, la célula endotelial en cultivo no expresa actividad de la 5-lipoxigenasa y por lo tanto, no tendría capacidad para general LTA4 de novo.

Sin embargo, esta célula podría contribuir a la síntesis de leucotrienos metabolizando el LTA4 generado y liberado por otro tipo de células. La liberación de intermediarios lípidos inestables por una sola célula seguida por la conversión final de un producto biológicamente importante gracias a la acción de la célula endotelial (metabolismo transcelular) es un proceso trascendente. Inicialmente Marcus descubrió este tipo de interacción metabólica par la síntesis de la prostaciclina como resultado de la colaboración entre plaquetas y células endoteliales.

Recientemente, vías similares han sido descritas para el LTC4 y LTA4 comprometiendo a los polimorfonucleares y células endoteliales y la crucial función biológica mediada por esas células. Feinmark centró su atención en su interacción bioquímica como posible fuente de leucotrienos(32). De acuerdo a este investigador, y bajo condiciones fisiológicas, las células endoteliales están en permanente contacto con los polimorfonucleares circulantes los cuales son fuente importante de LTA4. Las células endoteliales contienen LTC4 sintetasa y LTA4 hidrolasa por lo que están en capacidad de convertir el LTA4 exógeno en otros productos biológicamente activos. Por ejemplo, los polimorfonucleares, por sí solos, pueden generar LTB4 pero cuando se ponen en contacto con las células endoteliales la producción de LTC4 puede aumentarse hasta 10 veces.

Otras vías importantes son la facultad que tiene el endotelio de convertir el LTC4 en LTD4 y la posibilidad de modular la función de los polimorfonucleares. Debido a que los leucocitos son la fuente de LTA4 requerido para la síntesis endotelial y la producción de LTB4 , la inhibición de la 5-lipoxigenasa por parte de la célula endotelial adquiere la mayor importancia. Ham y colaboradores encontraron que la PGI2 inhibe la síntesis de leucotrienos. Por otro lado, las prostaglandinas vasodilatadoras pueden aumentar el edema particularmente cuando ésta depende de la acción de polimorfonucleares. Esto podría sugerir, tal vez, que la prostaglandinas son efectivas a nivel vascular pero no bloquean la 5-lipoxigenasa.

3.2.2.1.5 Importancia del óxido nítrico

En los últimos años el óxido nítrico (NO) ha adquirido importancia como vasodilatador y mediador inflamatorio. El NO es generado a partir de la L-arginina bajo la acción de la NO sintetasa la cual existe bajo la forma constitutiva y la inducible. (c NOS e iNOS respectivamente). Se ha podido, usando técnicas inmunológicas, demostrar que la iNOS está presente en volúmenes apreciables en el epitelio bronquial de los asmáticos, es que respalda la hipótesis que existe un aumento en la generación de NO asociada con la respuesta inflamatoria de las vías aéreas.

Además, se ha podido detectar NO en la espiración de los asmáticos y riníticos. La producción de NO por el epitelio humano puede ser inhibida con la administración de corticoides(33). Hunt y colegas publicaron en el A.J Respir Crit Care Medicine el año pasado (pp694-699) un artículo muy interesante donde se plantea la hipótesis de la disminución del pH del fluido que reviste las vías aéreas (de 7,65 en los sujetos control a 5,2) como causa del aumento de NO espirado en los pacientes asmáticos. El NO espirado parece originarse del reservorio del nitrito microalveolar (NO2) presente en el líquido de revestimiento de las vías aéreas de todas las personas, pero muy aumentando en los asmáticos. La explicación bioquímica es sencilla: el nitrito bajo condiciones ácidas se convierte en ácido nitroso (HNO2). Este HNO2 libera el NO en las vías aéreas. NO2 - + H+ HNO2 2HNO2 N223 + H2O N2O3 NO. + NO2 . (1)

La acidificación del nitrito introduce a su vez otros cambios como la nitración de la tirosina lo que explicaría el incremento de nitrotirosina en el gas espirado de los asmáticos. NO2. (vía ecuación 1) + tirosina tirosil + HNO2 NO2 . + tirosil. tirosina - NO2 Hunt y colaboradores demostraron adicionalmente que la administración de glucocorticoides normaliza el pH del fluido de los asmáticos. Por ello, los glucocorticoides disminuyen la exhalación de NO y los niveles de nitrotirosina a nivel epitelial. Quedan algunas interrogantes para resolver, por ejemplo ¿qué relación existe entre la acidificación y la inflamación de las vías aéreas? La disminución del pH es consecuencia de la inflamación o ¿causa? ¿En cuánto contribuye la i NO sintetasa en el proceso? Las respuestas darán, sin duda, nuevos derroteros en el análisis del asma y comprenderemos mejor el papel trascendental de la célula endotelial.

Carlos E. Sánchez David
Internista - Neumólogo
Presidente Colegio Panamericano del Endotelio
Capítulo Colombia

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