Bases biológicas de la enfermedad Bioingeniería - UNER Cátedra de Fisiopatología Prof. Dr. Armando Pacher Dr. Roberto Lombardo 2003 Bases biológicas de la enfermedad ¿Cuáles son los niveles de estudio? moléculas c comp. celulares células tejidos órganos sistemas individuo sociedad Imagen topográfica y de la conductancia de tres átomos de gadolinio sobre una superficie superconductora de niobio. IBM 1 nm: 10-9 m = 0,001 mm Bacteria: 1000 nm Virus: 10-100 nm Atomo: 0,01 nm Nanotecnología: García NG, Rohrer H : www.fsp.csic.es/ Estudio de la Patología • Nivel celular: – – – – Lesión Adaptación Muerte celular Neoplasia • Nivel tisular: – – – – Ateroma Edema Inflamación Cicatrización • Nivel sistémico: – Fisiopatología respiratoria, cardíaca, neurológica, etc. • Nivel individuo • Nivel sociedad * Bases Basesbiológicas biológicasde dela laenfermedad enfermedad Conceptos Conceptosgenerales generales Lesión Lesióncelular celular Adaptación Adaptacióncelular celular Muerte Muertecelular celular Disfunción Disfunción Blancos Blancos Etiología Etiología Fisiopatología Fisiopatología Atrofia Atrofia Hipertrofia Hipertrofia Hiperplasia Hiperplasia Metaplasia Metaplasia Necrosis NecrosisyyApoptosis Apoptosis Neoplasia Neoplasia Respuestas Respuestastisulares tisulares Edema Edema Ateroma Ateroma Inflamación Inflamación Cicatrización Cicatrización Reparación Reparación Conceptos Conceptos generales generales Salud Salud Enfermedad Enfermedad Un Unestado estadode decompleto completobienestar bienestarfísico, físico,mental mentalyysocial, social, yyno nosolamente solamentelalaausencia ausenciade deenfermedad enfermedadoodolencia dolencia Pérdida Pérdidatotal totalooparcial parcialdel delcompleto completo bienestar bienestarfísico, físico,mental mentalyysocial social Expresión Expresióndel delgenoma genoma Individuo Genoma humano • Craig Venter y Francis Collins junto con numerosos colaboradores secuenciaron el genoma humano en 2000. • Es una “lista de materiales de construcción”, no un plano: – Genes: 26.383 a 39.114 (Pares de bases: 3.000.000.000) • Diferencias interespecies: – – – – – – hombre: mosca de la fruta lombriz: berro: levadura: bacilo TBC: 26.000 a 40.000 13.000 18.000 6.000 6.000 4.000 – Diferencia de 15.000 genes entre el hombre y la mosca * Genoma humano y razas • Análisis interracial: genes idénticos: 99,99% genes diferentes: 0,01% diferencia: 1250 letras entre 3x109 pares de bases Hay igualdad entre las razas Factores Factores ambientales ambientales Salud Salud Individuo Enfermedad Enfermedad Noxas Noxas Factores ambientales Condiciones de vida Nutrición Clima Educación y Cultura Medicina preventiva Etc. Mayores de 60 años en % de la población. WHO-OMS 2002 Italia Japón España Portugal Inglaterra Francia USA Argentina China India México Perú >60a % 0 10 20 30 Espectativa de vida al nacer 1910 - 2000 Algunos factores considerados según desarrollo Algunas cifras locales 70 62 60 50 Población argentina Pobre: Indigente: 40 Pobres Indigentes 36 30 flia. tipo con <$598/m 20 flia. tipo con <$252/me 10 0 Pobres Indigentes Niños pobres: Adolescentes argentinos Estudios secundarios según ingresos (2000) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 71% 92 76 64 Secundario Fin secund. 23 Altos Bajos Egreso universitario: 7% de los matriculados Factores Factores ambientales ambientales Salud Salud Individuo Enfermedad Enfermedad Noxas Noxas Gran variabilidad biológica No hay enfermedades, sino enfermos Conceptos generales Terminología Patología • Etiología • Etiopatogenia • Anatomía patológica – macroscópica – microscópica • Fisiopatología • Semiología • Clínica – Prevención – Diagnóstico – Tratamiento * Bases Basesbiológicas biológicasde dela laenfermedad enfermedad Lesión Lesióncelular celular Adaptación Adaptacióncelular celular Muerte Muertecelular celular Disfunción Disfunción Blancos Blancos Etiología Etiología Fisiopatología Fisiopatología Atrofia Atrofia Hipertrofia Hipertrofia Hiperplasia Hiperplasia Metaplasia Metaplasia Necrosis NecrosisyyApoptosis Apoptosis situaciones situaciones fisiológicas fisiológicas célula célula normal normal apoptosis apoptosis equilibrio equilibrio homeostático homeostático adaptación adaptación estímulos estímulosoo agresiones agresiones reversible reversible lesión lesión irreversible irreversible necrosis necrosis Disfunción celular • Situación en que la célula no cumple total o parcialmente con su función específica. • Fenómeno dinámico y progresivo. • Alteraciones tempranas funcionales, citoquímicas y ultraestructurales. • Alteraciones tardías al microscopio óptico. • Etiologías más frecuentes: • isquemia • lesión química • infecciones * Factores Factores etiológicos etiológicos En En general general En En particular particular Congénitos Congénitos Factores Factores etiológicos etiológicos Adquiridos Adquiridos (en (en general) general) Idiopáticos Idiopáticos Factores etiológicos (en particular) • • • • • • • • • • • • Hipoxia Agentes químicos Agentes biológicos Agentes físicos Alteraciones genéticas Reacciones inmunológicas Desequilibrios nutricionales Acumulación intracelular de substancias Envejecimiento Fármacos Alteraciones psicosomáticas Otros y asociaciones * Etiopatogenia Los mecanismos mediante los cuales el agente causal origina la enfermedad Blancos Blancos celulares celulares NN Respiración Respiraciónaeróbica: aeróbica:fosforilación fosforilaciónoxidativa oxidativayyprod. prod.de deATP ATP II VV Membranas: Membranas: equilibrio equilibrioosmótico osmóticoeeiónico iónico EE LL Síntesis Síntesisproteica: proteica:de deproteínas proteínasestructurales estructuralesyyenzimáticas enzimáticas EE SS Aparato Aparatogenético: genético:secuencias secuenciasyylocalizaciones localizaciones Reacciones Reaccionesen encascada cascada Alteración Alteraciónde dela larespiración respiraciónaeróbica aeróbica Disminución Disminuciónde deproducción producciónde deATP ATP Alteración Alteraciónde dela labomba bombade desodio sodio Alteración Alteracióndel delequilibrio equilibriode deagua aguaeeiones iones Alteración Alteraciónde desíntesis síntesisproteica proteica Disfunción Disfunción celular celular Hipoxia: disminución de O2 El O2 no llega o no se aprovecha Falta o dism. de sangre: ISQUEMIA Arterioesclerosis Tromboembolismo Aumento de resistencia arteriolar Alteraciones de microcirculación Disminución de la presión de perfusión Menor contenido de O2: Atmósfera pobre en O2 Anemia Intoxicación por monóxido de carbono (CO) No captación celular de O2: Venenos Glucosa Glucosa Citoplasma Glucólisis Piruvato O2 Ciclo de Krebs Mitocondria Cadena respiratoria producción de 36 ATP sin O2 Respiración celular Acido láctico producción de 2 ATP Acetil CoA ATP Mitocondria ADP O2 CO2 + H2O Consecuencias de la hipoxia a nivel celular Disminuye Disminuye ATP ATP Disfunción Disfunción celular celular Hipoxia Hipoxia Altera Altera membranas membranas Agentes químicos y fármacos • Venenos: Bloquean las cadenas respiratorias • arsénico, mercurio, etc. • Contaminantes ambientales • insecticidas, herbicidas, desechos industriales, etc. • Estímulos sociales: • alcohol, tabaco, psicodrogas • Riesgos ocupacionales: • Sílice, asbesto, carbón, etc. • Fármacos: Automedicación e Iatrogenia Agentes químicos • Alteran la permeabilidad de la membrana: Alteración de fosfolípidos Unión con radicales de membrana Alteración de enlaces fosfolípidos - proteínas Agentes biológicos: Bacterias - Virus secretan secretan toxinas toxinas Bacterias Bacterias producen producen yy liberan liberan antígenos antígenos liberan liberan toxinas toxinas al al morir morir Agentes biológicos: Bacterias - Virus parásitos parásitos intracelulares intracelulares Virus Virus alteran alteran ADN ADN yy ARN ARN síntesis síntesis proteica proteica división división celular celular neoplasia neoplasia Etiopatogenia Los mecanismos mediante los cuales el agente causal origina la enfermedad Alteraciones Alteracionesultraestructurales ultraestructurales Lesión Lesión celular celular Alteraciones Alteracionesal almicroscopio microscopioóptico óptico Lesión Lesión celular celular ••Alteración Alteraciónde demembranas membranas Alteraciones Alteraciones ultraestructurales ultraestructurales ••Cambios Cambiosmitocondriales mitocondriales ••Alteraciones Alteracionesen enel elretículo retículoendoplásmico endoplásmico ••Daños Dañoscromosómicos cromosómicos Lesión Lesión celular celular Edema Edemacelular celular Degeneración Degeneracióngrasa grasa Alteraciones Alteraciones al al microscopio microscopio óptico óptico Aumento Aumentode deeosinofilia eosinofilia Disminución Disminuciónde deglucógeno glucógeno Cambios Cambiosnucleares nucleares Autólisis Autólisis Calcificación Calcificacióncelular celular situaciones situaciones fisiológicas fisiológicas célula célula normal normal apoptosis apoptosis equilibrio equilibrio homeostático homeostático adaptación adaptación estímulos estímulosoo agresiones agresiones reversible reversible lesión lesión irreversible irreversible necrosis necrosis muerte muerte celular celular Necrosis Necrosis Apoptosis Apoptosis Necrosis • Etiología: Generada por estímulos patológicos (hipoxia, hipertermia, virus, etc.) • Daño en la membrana plasmática y resto de membranas celulares. • Las enzimas de los lisosomas se vuelcan en el espacio extracelular originando una respuesta inflamatoria. • El ADN se fragmenta tardíamente por acción lítica. * Radiation Oncology Research Laboratory of UCSF Apoptosis • Etiología: generada bajo condiciones fisiológicas normales y anormales. • Condiciones normales: desarrollo embrionario, recambio celular normal, desarrollo del SNC, disminución de secreción hormonal, etc. • Condiciones anormales: agentes biológicos, físicos, químicos, linfocitos T citolíticos, etc. Apoptosis • La célula participa activamente en su muerte: “suicidio celular” • Los pasos del proceso responden a un plan prefijado genéticamente: “muerte celular programada”. • Degradación precoz del ADN nuclear. • Las membranas celulares se fragmentan produciendo vesículas que son fagocitadas rápidamente. •Al no volcarse las enzimas lisosómicas, no hay inflamación ni se liberan eventuales virus. * Centre François BACLESSE Faculté de Médecine de CAEN France Necrosis y apoptosis Radiation Oncology Research Laboratory of UCSF Necrosis (Ejecutar necrosis.avi) necrosis.avi Radiation Oncology Research Laboratory of UCSF Apoptosis (Ejecutar celldeath.avi) celldeath.avi Radiation Oncology Research Laboratory of UCSF injuria Necrosis Necrosis patológica patológica con con inflamación inflamación muerte muerte celular celular Apoptosis Apoptosis fisiológica fisiológica oo patológica patológica sin sin inflamación inflamación injuria estímulo Muerte Muerte celular celular por por necrosis necrosis B B aa ll aa nn cc ee lisis lisis proteica proteica coagulación coagulación proteica proteica calcificación calcificación Adaptación Adaptación celular celular Atrofia Atrofia disminución disminuciónde detamaño tamaño Hipertrofia Hipertrofia aumento aumentode detamaño tamaño Hiperplasia Hiperplasia aumento aumentode denúmero número Metaplasia Metaplasia cambio cambiode detipo tipocelular celular Atrofia Atrofia celular celular Concepto: Concepto:Menor Menortamaño tamañocelular celularpor pordisminución disminuciónde decomponentes componentes Etiología: Etiología:isquemia isquemia--inmovilización inmovilización--menopausia menopausia--denervación denervación Etiopatogenia: Etiopatogenia:<<producción produccióny/o y/o>>degradación degradaciónde decomponentes componentes Fisiopatología: Fisiopatología:disminuye disminuyela lafunción funcióncelular celular Hipertrofia Hipertrofia celular celular Concepto: Concepto:Mayor Mayortamaño tamañocelular celularpor poraumento aumentode decomponentes componentes Etiología: Etiología:mayor mayortrabajo trabajooofunción función(útero (úterográvido, grávido,estenosis estenosis valvular, valvular,ejercicio, ejercicio,etc.) etc.) Etiopatogenia: Etiopatogenia:>>producción produccióny/o y/o<<degradación degradaciónde decomponentes componentes Fisiopatología: Fisiopatología:aumenta aumentala lafunción funcióncelular celular Hiperplasia Hiperplasia celular celular Concepto: Concepto:Aumento Aumentoen enel elnúmero númerode decélulas células Etiología: Etiología:estímulo estímulohormonal hormonal(útero (úterográvido, grávido,piel, piel,hepatocito, hepatocito,etc.) etc.) Etiopatogenia: Etiopatogenia:duplicación duplicacióndel delADN ADNyymitosis mitosis Fisiopatología: Fisiopatología:más máscélulas célulasrealizan realizanla lafunción función Metaplasia Metaplasia celular celular Concepto: Concepto:Cambio Cambiode decélulas célulasadultas adultaspor porotro otrotipo tipocelular, celular,también también adulto adulto(ej. (ej.cilíndrico cilíndricociliado ciliadoaaplano planoestratificado) estratificado) Etiología: Etiología:agresiones agresionescrónicas crónicas(epitelio (epiteliotraqueal traquealdel delfumador, fumador, mucosa mucosagástrica) gástrica) Etiopatogenia: Etiopatogenia:lala agresión agresiónaalas lascélulas célulasdesencadena desencadenalos loscambios cambios como comomecanismos mecanismosde dedefensa defensa Fisiopatología: Fisiopatología:se sepierde pierdela lafunción funciónnormal normaldel delepitelio epitelio (ciclíndrico (ciclíndricociliado, ciliado,mucoso, mucoso,etc.) etc.) Displasia Displasia (no (no es es una una adaptación) adaptación) Concepto: Concepto:Variación Variaciónen entamaño, tamaño,forma formayyorganización organizaciónde decélulas célulasadultas adultas Etiología: Etiología:agresiones agresionescrónicas crónicasque quellevan llevanaainflamación inflamacióncrónica. crónica. Etiopatogenia: Etiopatogenia:lala agresión agresiónaalas lascélulas célulasmodifica modificael eltipo tipocelular. celular. NO Puedeser serun unestado estadopreneoplásico preneoplásico NOES ESUNA UNAADAPTACION ADAPTACION..Puede Fisiopatología: Fisiopatología:se sepierde pierdela lafunción funciónnormal normaldel deltejido. tejido. Bases Basesbiológicas biológicasde dela laenfermedad enfermedad Neoplasia Neoplasia Respuestas Respuestastisulares tisulares Edema Edema Ateroma Ateroma Inflamación Inflamación Cicatrización Cicatrización Reparación Reparación