PATOLOGIA GENERAL DEL BRONQUIO, BRONQUIOLO Y ALVEOLO Alfonso Lopez Mayagoitia Atlantic Veterinary College, University of Prince Edward Island Canada Julio Martínez Burnes Facultad de Medicina Veterinaria y Zootecnia Universidad Autónoma de Tamaulipas México INTRODUCCION Y GENERALIDADES El aparato respiratorio se divide morfológica y funcionalmente en tres independientes pero continuos sistemas: i.- sistema de conducción; ii.- sistema transición; iii.- sistema de intercambio. Cada sistema está constituido por estructuras histológicas particulares y con funciones específicas. El sistema de conducción lo forman la cavidad nasal, laringe, traquea y bronquios y su función primordial es la de filtrar y conducir el aire que llega y sale de los pulmones. El sistema de transición está formado por los bronquiolos y es una tenue transición entre los sistemas de conducción y de intercambio. Las funciones de los bronquiolos, además de conducir el aire hasta los alveolos, es participar en el metabolismo de hormonas y en la destoxificación de de substancias toxicas (xenobióticos). Finalmente, el sistema de intercambio lo constituyen los alveolos pulmonares y su función principal es el de facilitar el intercambio gaseoso. En los alvéolos el oxígeno respirado entra en contacto con la sangre mientras que el bióxido de carbono es eliminado en el aire expirado pero por su delicada estructura el alveolo es particularmente vulnerable al daño celular. El objetivo primordial de esta presentación es revisar en detalle los procesos de daño, inflamación y reparación (remodelación) que ocurren en bronquios, bronquiolos y alvéolos. Cada proceso se describirá desde el punto de vista morfológico y será tratado finalmente en el contexto de las enfermedades pulmonares más relevantes en el hombre y los animales doméstico. BRONQUIOS (SISTEMA DE CONDUCCION) Estructura Bronquial El árbol bronquial está constituido por los bronquios extrapulmonares que se conectan con la traquea y los bronquios intrapulmonares que se bifurcan dentro del pulmón. Los bronquios extrapulmonares (bronquios primarios) se originan a partir de las dos bifurcaciones traqueales izquierda y derecha en el hombre, caballo, perro y gato. En el cerdo y el buey existe un tercer bronquio extrapulmonar independiente que se origina y ventila al lóbulo craneal derecho. Los bronquios extrapulmonares penetran al pulmón y se dividen repetidamente en forma pseudodicotómica (1›2) o pseudotricotómica (1›3) formando nuevas generaciones bronquiales. Los términos pseudo-dicotómico y pseudo– tricotómico se utilizan en anatomía veterinaria debido una de las dos o tres subdivisiones bronquiales (“bronquio hijos”) es generalmente de un menor calibre. Anatómicamente, los bronquios van reduciéndose en tamaño y se clasifican descendentemente en bronquio principal, bronquio lobular, bronquio segmental y bronquio subsegmental. Cada lóbulo pulmonar tiene su correspondiente bronquio lobular. O sea, que en el lóbulo craneal (apical) del pulmón izquierdo es ventilado por el bronquio craneal y su lóbulo caudal (diafragmático) es ventilado por el bronquio caudal. En el pulmón derecho además de tener los lóbulos y bronquios craneales y caudales, también tiene los lóbulos medio y accesorios los cuales son ventilados por sus correspondientes bronquios medios y 2 accesorios respectivamente. Cada bronquio segmental junto con el segmento del pulmón que ventila constituye una unidad anatómico-funcional que se conoce conjuntamente con el nombre de “segmento broncopulmonar.” Estos segmentos broncopulmonares tienen típicamente forma cónica en donde su ápice está en el bronquio y su base en la superficie externa del pulmón. Los bronquios están formados externamente por cartílago hialino el cual está rodeado por abundantes fibras de tejido conectivo. Nótese que el cartílago bronquial no forma anillos como sucede en traquea por los que generalmente estas estructuras se designan simplemente como placas cartilaginosas. Desde el punto de vista de morfología comparada es importante mencionar que el pulmón de la rata, ratón y hámster no contiene cartílago alguno, o sea, que estas especies animales no poseen propiamente bronquios intrapulmonares. La luz de los bronquios está recubierta por una mucosa bronquial constituida primordialmente por epitelio pseudoestratificado ciliar y células productoras de moco (células caliciformes). Otras células importantes pero menos conocidas son las células basales cuya función principal es el anclaje y proliferación de células ciliares, las células de cepillo (brush cells) cuya funcion no es bien conocida, y las células neuroendocrinas (APUD) que están implicadas en el metabolismo de serotonina, epinefrina, norepinefrina, dopamina, y neurotensina. La identificación de las células de cepillo y APUD requiere de microscopía electrónica o tinciones especiales por lo que raramente son evaluadas en histopatología de pulmón. La mucosa bronquial también posee una población importante de células migratorias como son linfocitos, leucocitos globulares (globular leucocytes; función 3 desconocida) y células cebadas (lamina propia). Todas estas células participan conjuntamente en la inmunidad local y en el proceso inflamatorio, así como también en reacciones de tipo alérgico. La proporción de células ciliares, caliciformes y cebadas varía notablemente entre especies, así como también varían en número de acuerdo al nivel de bifurcación bronquial. Debido a estas grandes variaciones es difícil evaluar histológicamente dichas células en las enfermedades broncopulmonares pues se requiere de métodos morfométricos, técnicas especiales de muestreo o de tinciones especiales. . Entre la mucosa bronquial y las placas de cartílago existen abundantes fibras de músculo liso, fibras de colágenas al igual que fibras nerviosas y cuerpos nerviosos ganglionares. La mayoría de las fibras de músculo liso corren en forma transversal y diagonal a la luz bronquial y su función primaria es bronco-constricción cuando el músculo es estimulado y bronco-dilatación cuando se interrumpe el estímulo. La contractilidad muscular depende de un delicado balance entre estímulos exitatorios e inhibitorios los cuales son gobernados tanto por impulsos nerviosos como por mediadores químicos. Estimulación parasimpatética, secreción de neurotransisores como taquininas, susbtacia P, y mediadores de la inflamación como citoquinas, cyclooxigenasas (COX-2) y histamina figuran entre los mas conocidos agentes químicos involucrados en la regulación del músculo liso bronquial. Es interesante notar que en general la contracción del músculo liso en las paredes vasculares tiene muchas veces efectos benéficos en el pulmón mientras que la estimulación del músculo liso bronquial generalmente está asociada a enfermedades respiratorias. Esto sugiere según algunos investigadores que algunas funciones propias del músculo bronquial son desconocidas. 4 Las glándulas sero-mucosas localizadas en la lámina propia (capa reticular) de la mucosa son otras estructuras de importancia en la fisiología e histopatología bronquial. El número y tamaño de estas glándulas es menor en los bronquios que en la traquea. El acinus de las glándulas bronquiales se extiende externamente desde las placas de cartílago hasta llegar a la mucosa pasando entre fibras de músculo liso y terminaciones nerviosas. Alrededor de las glándulas y de los ductos excretorios que abren hacia la luz bronquial se encuentran las células míoepiteliales. Las secreciones serosas de las glándulas bronquiales contribuyen en gran medida a la producción del moco que recubre a los bronquios. Daño y Respuesta Bronquial La mucosa bronquial está expuesta a daños causados por un sinnúmero agentes químicos y biológicos. Al igual que en la traquea y cavidad nasal, la superficie del epitelio que recubre a los bronquios está protegida por una fina capa de moco producido tanto por las células caliciformes como por las glándulas bronquiales. Este moco sirve como protección para absorber y neutralizar muchos de los agentes químicos comúnmente inhalados como son el H2S, NO2 y NH3 entre otros. La delicada capa de moco que cubre al epitelio también actúa como barrera física atrapando e impidiendo la adherencia de agentes infecciosos como bacterias, mycoplasmas o agentes virales. Las partículas atrapadas y los gases disueltos en el moco se eliminan rápidamente al exterior mediante el constante movimiento metacrónico generado por la pulsación continua de los cilios. Se estima que cada célula ciliar posee alrededor de 250 cilios y cada uno de ellos produce unas 1,000 pulsaciones por minuto. 5 Los cambios morfológicos que se observan en el epitelio bronquial después de un daño agudo son similares a los que observados en la mucosa nasal y traqueal. Estos cambios se han estudiados detalladamente en animales de laboratorio sometidos a la inhalación de gases tóxicos, expuestos a infecciones virales o causados por daño mecánico inducido por cepillado. Resultados de estos estudios demostraron que independientemente de la etiología, las alteraciones celulares y la respuesta a daño son esencialmente los mismos. El daño celular se manifiesta primero por un proceso degenerativo en donde el citoplasma se hincha (cell swelling) o toma apariencia vacuolada, lo que generalmente va seguido por una rápida pérdida de anclaje a la membrana basal. Esta pérdida de anclaje propicia que las células afectadas se desprendan fácilmente y se exfolien hacia la luz bronquial. Ejemplos de esta forma de degeneración celular se observa en la mayoría de las infecciones virales respiratorias como moquillo canino, rinotraqueitis bovina y felina, parainfluenza-3 y el virus respiratorio sincicial de los rumiantes, etc. La degeneración celular en bronquios tiene frecuentemente una distribución linear similar a la que se observa en la mucosa nasal y traqueal después de un daño. La razón de esta linearidad no se conoce pero está probablemente relacionada al ciclo celular. O sea que células en alguna de las fases G0, G1, S o G2 pudieran ser particularmente más vulnerables al daño. Estudios experimentales indican que la pérdida de anclaje no solo ocurre cuando hay degeneración celular sino también cuando procesos inflamatorios afectan negativamente los mecanismos normales de adhesión celular que existe entre las células basales y ciliares. Estos mecanismos de adhesión celular están regulados por moléculas de superficie como la E-caderina, alpha-catenin, beta-catenin, and plakoglobin 6 En algunos casos, además de la hinchazón celular y pérdida de anclaje, el citoplasma de células infectadas por virus se fusiona formando las típicas células multinucleares, también llamadas células sinciciales. Estas células multinucleares no deben de confundirse con las células gigantes formadas por la fusión de macrófagos que se presentan comúnmente en las bronconeumonías pulmonares. Un tipo peculiar de cambio degenerativo es la separación de la placa ciliar. Esta placa ciliar con forma de “penacho” o “pestañas” se separa del resto de la célula ciliar en un proceso de fragmentación celular conocido como “cilicitoforia.” Esta alteración citológica puede ocurrir después de cualquier tipo de daño bronquial pero se observa con más frecuencia en lavados de animales con infección viral o expuestos a gases tóxicos. A raíz de la separación de la placa ciliar, el remanente celular que contiene el núcleo y parte del citoplasma toma una forma redondeada por lo que puede confundirse citológicamente con macrófagos o células mononucelares. Las placas ciliares desprendidas pueden ser también confundidas con parásitos. Otro tipo peculiar de cambio morfológico en el epitelio ciliar es la formación de los llamados Cuerpos de Creola (Creola Bodies) los cuales están constituidos por conglomerados celulares que se exfolian hacia la luz bronquial. Estos cuerpos se observan en pulmones con daño crónico y en ocasiones pueden confundirse con células tumorales. A diferencia de conglomerados de células tumorales, los cuerpos de creola no revelan atipia celular y están típicamente rodeados por cilios. El epitelio bronquial posee excelente capacidad de reparación siempre y cuando su membrana basal permanezca intacta después del daño bronquial. Las células ciliares degeneradas se desprenden hacia la luz bronquial y de ahí se elimina rápidamente 7 mediante fagocitosis, acción mucociliar de los remanentes de la carpeta mucociliar, o mediante fuerza física ejercida por la tos. La reparación bronquial requiere conjuntamente de los procesos de inflamación y de proliferación celular. Numerosos mensajeros químicos como las citoquinas, quimoquinas, neurotransmisores, óxido nítrico y factores de crecimiento participan en la inflamación y reparación del epitelio bronquial (Tabla 1). Algunos factores se producen localmente mientras que otros son importados al sitio de la lesión bronquial por el torrente circulatorio. Es importante reiterar que tanto la inflamación como la reparación celular utilizan a la membrana basal como andamio para el movimiento y proliferación nuevas células bronquiales. La reparación de la mucosa bronquial en respuesta a un daño agudo se lleva cabo en cinco fases principales: 1- Células viables presentes en el margen de la superficie ulcerada comienzan a migrar en cuestión de minutos a lo largo de la membrana basal para rápidamente cubrir el área ulcerada. En esta fase se observa histológicamente un epitelio aplanado cubriendo partes de la membrana basal. 2- Las células basales y “células secretoras no ciliadas” son las “células madre” (stem cells) encargadas de restituir las células epiteliales perdidas. Estas “células madre” entran en mitosis y sus células hijas (todavía no diferenciadas) migran rápidamente al epitelio dañado a lo largo de la membrana basal. En esta fase de “restitución” se pueden observar microscópicamente figuras mitóticas en la mucosa bronquial generalmente en los bordes de la ulcera. 3- Las células hijas también conocidas como “celulas preciliares” maduran, toman forma cuboidal y se acomodan en la pared bronquial para mas tarde diferenciarse finalmente en células ciliares o en células caliciformes. En esta fase de proliferación celular se observa hacinamiento de células en la mucosa que se percibe microscópicamente como una leve 8 hiperplasia bronquial. Se estima que durante esta fase hay 20-30% más células que en epitelio normal. 4- Reorganización de la población celular eliminando cualquier exceso de células mediante procesos de apoptosis. En esta fase de reorganización se observa una pared bronquial más o menos normal pero su luz contiene algunas células descamadas y algunos leucocitos. 5- Finalmente, el epitelio dañado es reparado y se restablece tanto la estructura como la función normal de la mucosa bronquial. En esta última fase el epitelio bronquial aparece microscópicamente normal y solo se observan algunas células descamadas o inflamatorias en los espacios bronco-alveolares. Cuando la mucosa bronquial se expone a un daño continuo o persistente como es el caso de las infecciones crónicas, el epitelio pseudoestratificado ciliar puede sufrir de hiperplasia o metaplasia. Las células caliciformes frecuentemente proliferan aumentado no solo el número de estas células en la mucosa bronquial sino también la cantidad de moco secretado. La hiperplasia caliciforme es un cambio comúnmente observado en bronquitis crónica y se manifiesta clínicamente como hipersecreción bronquial. Ejemplos de enfermedades que se caracterizan por hiperplasia caliciforme e hipersecreción son el asma en gatos y perros, inflamación crónica respiratoria (bronconeumonias crónicas) en todas las especies, huélfago en caballos, y desde luego neumonías verminosas en donde los parásitos residen en la luz bronquial (Dictiocaulosis pulmonar). Estudios experimentales sugieren que la hiperplasia caliciforme es el resultado de la proliferación de dos estirpes celulares: proliferación de las mismas células caliciformes y proliferación de células basales (madres) que posteriormente se diferencian en células caliciformes. El proceso de hiperplasia puede verse desde dos puntos de vista diferentes. 9 En el primer caso, la hiperplasia caliciforme puede considerarse como un mecanismo de defensa, mientras que en el segundo caso puede considerarse como un proceso adverso pues el exceso de moco impacta desfavorablemente en el funcionamiento del sistema de conducción. Este último caso ocurre con el asma y enfermedad crónica obstructiva en donde la sobreproducción de moco interfiere notablemente con el movimiento del aire a través del sistema de conducción. Poco se conoce sobre los mecanismos específicos que regulan la hiperplasia caliciforme bronquial. Además de factores que inducen mitosis, la homeostasis caliciforme también parece estar regulada por mecanismos de apoptosis en el epitelio bronquial. En resumen, la hiperplasia caliciforme puede considerarse en algunos casos como un proceso protector pero con funciones adversas transitorias, mientras que en otros como en el asma bronquial, puede considerarse un mecanismo fuera de control y con funciones adversas recurrentes. Durante el daño o irritación crónica bronquial puede desarrollarse una metaplasia de tipo escamosa en el cual el epitelio ciliar que es especializado se remplaza por un epitelio escamoso que es menos especializado pero más resistente al daño. Los mecanismos implicados en la metaplasia escamosa bronquial están siendo investigados extensamente pues se sabe que la metaplasia escamosa es una alteración preneoplásica en tumores nasales y broncopulmonares. La asociación entre metaplasia y neoplasia se observa comúnmente en los bronquios de los fumadores. Así como el epitelio bronquial reacciona a la irritación o daño produciendo hiperplasia caliciforme o metaplasia escamosa, de la misma forma las glándulas bronquiales reaccionan aumentando su tamaño y el volumen de sus secreciones. El aumento de tamaño glandular es referido tanto como hiperplasia como hipertrofia ya que 10 se presenta un aumento en el número y tamaño de células. En algunos casos los ductos que descargan las secreciones glandulares se dilatan formando la llamada ectasia ductal bronquial (bronchial gland duct ectasia). En estudios histopatológicos de rutina es difícil evaluar el tamaño de las glándulas bronquiales pues se requiere tomar en cuenta las variaciones entre especies animales, así como también, reconocer que el tamaño glandular varía de acuerdo al tamaño del bronquio. Un ejemplo de variación de especie se observa tipicamente en los bronquios felinos en donde el tamaño de las glándulas es proporcionalmente mucho mayor al de otras especies domésticas. Este problema de la subjetividad para la evaluación glandular fue parcialmente solucionado estableciendo la relación normal o índice entre el tamaño glandular y grosor de la pared bronquial en los pulmones de humanos. Este índice se conoce “índice de Reid” (Reid Index) y su valor normal en el humano es de 0.33 o sea que la glándula bronquial es aproximadamente 33% del grosor de la pared bronquial. Altos índices de Reid se reportan en pacientes con bronquitis crónica pero nunca han sido propiamente estudiados en patología veterinaria. Una búsqueda en banco de datos arrojó solo una publicación en donde se utilizó este índice para evaluar los bronquios de zorros infectados con vermes pulmonares. Es imperativo establecer los valores normales del índice de Reid en los diferentes animales domésticos para posteriormente investigar si pueden ser utilizados para una cuantificación bronquial objetiva en enfermedades bronquiales como el asma en gatos y perros, el huélfago en caballos, neumonía enzóotica, etc. Los mecanismos que gobiernan la hiperplasia bronquial son complejos e involucran tanto células epiteliales como mesenquimales, así como también a numerosos mensajeros químicos. El término remodelación tisular se utiliza con frecuencia en 11 patología contemporánea para describir los procesos que ocurren en la reparación y que incluyen inflamación, modificación de matrices extracelulares, hipertrofia, hiperplasia y apoptosis. Los cambios más relevantes en la remodelación bronquial son la hiperplasia caliciforme, deposición de colágena y engrosamiento de la lámina reticular, hiperplasia del músculo liso, neo-vascularización y proliferación de terminaciones nerviosas. Es importante notar que en la remodelación bronquial los cambios morfológicos pueden manifestarse antes de la presentación de signos clínicos. Algunos investigadores han comparado la remodelación bronquial con una curación de herida por segunda intención. O sea que la falta de resolución en una lesión aguda bronquial inicial crea un medioambiente en donde se mantienen continuamente procesos de inflamación y cicatrización. Otro concepto novedoso relacionado a la remodelación bronquial es la aparición postnatal de la “unidad trófica epitelial-mesenquimal” (“Epitelial-mesenchymal trophic unit”-EMTU). Durante el desarrollo embrionario el crecimiento y diferenciación de los tejidos depende en gran medida de una comunicación directa entre células epiteliales y mesenquimales. Esta comunicación entre epitelio y tejido conectivo desaparece una vez que se han formados los bronquios después del nacimiento. Se ha postulado que en el asma y en otras afecciones crónicas respiratorias esta comunicación fetal se restablece causando una proliferación celular desordenada y una deposición excesiva de matrices colágenas en la lámina propia de los bronquios. La bronquiectasia es una alteración importante que se desarrolla en los bronquios a raíz de una obstrucción o de una inflamación crónica y severa. La bronquiectasia es un proceso irreversible en los cuales los bronquios se dilatan permanentemente como 12 resultado de un daño y debilitamiento de la pared bronquial. En radiología sin embargo, la definición es ambigua y también incluye procesos reversibles de dilatación bronquial. Este padecimiento ha sido dividido etiológicamente en dos grandes grupos: bronquiectasia obstructiva y bronquiectasia no obstructiva. En el primer caso la dilatación de la pared bronquial ocurre en la porción distal de un bronquio obstruido por un tumor o cuerpo extraño. En la bronquiectasia no obstructiva (destructiva) de debe fundamentalmente a infecciones pulmonares crónicas en los cuales las paredes bronquiales son destruidas por el proceso inflamatorio mientras que la tracción ejercida por el tejido pulmonar adyacente produce la dilatación del tubo bronquial. En animales domésticos bronquiectasia destructiva es una secuela común a las bronconeumonías crónicas, particularmente aquellas causadas por micoplasmas o infecciones mixtas. Desde el punto de vista morfológico la bronquiectasia se divide en sacular y cilíndrica. La bronquiectasia sacular aparece macroscópicamente como sacos redondos llenos de exudado purulento que se parecen a los abscesos pulmonares. Sin embargo, mientras que los abscesos están delimitados por una cápsula o membrana piogénica, en bronquiectasia sacular el exudado está rodeado por restos de la pared bronquial. La bronquiectasia cilíndrica aparece como cilindros uniformes de exudado rodeado por segmentos largos de paredes bronquiales. Los pulmones con bronquiectasia tienen una apariencia externa nodular que frecuentemente se describe en necropsias como apariencia bocelada. Microscópicamente, en la bronquiectasia se observa exudado purulento o necropurulento rodeado de tejido conectivo entremezclado con restos de cartílago, músculo liso y remanentes de tejido glandular infiltrados por neutrófilos, linfocitos y células plasmáticas. 13 BRONQUIOLOS (SISTEMA DE TRANSICION) Estructura Bronquiolar Los bronquiolos son estructuras tubulares microscópicas que conectan al sistema de conducción (bronquios) con el sistema de intercambio (alvéolos). Una diferencia morfológica notable entre bronquios y bronquiolos es que estos últimos no poseen cartílago en sus paredes. La parte interna o mucosa bronquiolar esta compuesta de un epitelio mixto de células ciliares, células secretoras y las famosas células Clara. En los animales domésticos y en el hombre los bronquiolos normales carecen de células caliciformes productoras de moco. Las porciones proximales de los bronquiolos están recubiertas de epitelio columnar o cuboidal con pocas células ciliares mientras que las regiones más distales están formadas por epitelio cuboidal sin cilios conocido como epitelio no-ciliar. Las células no ciliares producen secreciones importantes como proteínas, carbohidratos y lípidos. Un tipo muy importante de célula secretora no-ciliar en los bronquiolos es la llamada célula Clara. Estas células Clara además de tener funciones de detoxificación (oxidasas de función mixta) participan también junto con los neumocitos tipo II en la formación del surfactante pulmonar. Las paredes de los bronquiolos están constituidas por una lámina propia, fibras colágenas, elásticas y algo de músculo liso. En contraste con los bronquios, los bronquíolos poseen escasas o nulas glándulas submucosa. El epitelio ciliar típicamente se extiende distalmente un poco más allá de las glándulas cuando estas existen para evitar el estancamiento de moco en las porciones proximales de los bronquiolos. 14 El sistema de transición de algunas especies de animales domésticos posee una estructura especializada llamada bronquiolo respiratorio. Los bronquiolos respiratorios aparecen microscópicamente como segmentos alveolares interpuestos focalmente en la pared bronquiolar y comunicándose directamente con la luz del bronquiolo. En perros, gatos y primates los bronquiolos respiratorios son abundantes, en caballos y humanos son escasos mientras que en rumiantes y cerdos son raros. Daño y Respuesta Bronquiolar Los bronquiolos son particularmente sensibles a daño y en especial al daño causado por infecciones virales y por inhalación de substancias toxicas, así como también por daño endógenos causado por substancias toxicas acarreadas al pulmón por el torrente circulatorio. Los cambios morfológicos que ocurren en los bronquiolos después del daño son similares a los descritos en bronquios. En los casos de daño agudo las células afectadas pierden su anclaje desprendiéndose hacia la luz de lumen bronquiolar dejando ulceras focales en las membranas basales. La liberación de mediadores químicos en le sitio de la lesión causa una importación de neutrófilos y produce exudación de proteínas plasmáticas durante las primeras 24 horas, cambios que van seguidos posteriormente por la aparición de infiltrados mononucleares. En condiciones óptimas la necrosis bronquiolar es seguida por eliminación del tejido dañado, hiperplasia epitelial y finalmente reparación. Los mecanismos de reparación en bronquiolos son es similares pero menos efectivos que en los bronquios. Esto se debe en gran medida a que las paredes de los bronquiolos son menos rígidas y por lo tanto más susceptibles al colapso lo que considerablemente limita la reparación por primera intención. 15 En algunos casos el exudado fibrinocellular adherido a la mucosa bronquiolar se organiza como tejido cicatrizal formando placas exofíticas (fungiformes) de tejidos de granulación. Esta lesión conocida por bronquiolitis obliterante se caracteriza inicialmente por acumulo de fibrina, neutrófilos y macrófagos, seguido por una migración exagerada de células fibroblásticas hacia el exudado adherido a las paredes bronquiolares. El exudado y los fibroblastos eventualmente se organizan como tejido de granulación para finalmente ser recubierto externamente por epitelio bronquiolar. Estas masa exofíticas de tejido de granulación disminuyen el diámetro de la luz del bronquíolo por lo que comúnmente limitan el flujo de aire casando serias dificultades respiratorias (“airway limitation”) de acuerdo a la ley de Poiseuille. Esta ley establece que la reducción en el radio del bronquiolo causa una resistencia al flujo del aire elevada a la cuarta potencia. Bronquiolitis obliterans fibrosa se observa con frecuencia en pulmones de animales con bronconeumonias o neumonías broncointersiticales crónicas. En medicina humana la bronquiolitis obliterante se observa comúnmente en pacientes con trasplante pulmonar. Una de las lesiones crónicas más trascendentes que se presentan en los bronquiolos es la metaplasia caliciforme. La mucosa normal de los bronquiolos del hombre y los animales domésticos carece de células caliciformes pero estas células pueden aparecer en el bronquiolo como resultado de un daño persistente. El daño promotor de la metaplasia caliciforme no tiene forzosamente que ser severo siempre y cuando este sea recurrente o persistente. Los mecanismos que gobiernan la metaplasia caliciforme son complejos y han sido estudiados detalladamente en modelos experimentales de asma y enfermedad crónica obstructiva. Estos mecanismos incluyen 16 inflamación crónica mediada por varios tipos de células inflamatorias como eosinófilos, linfoctios CD4+ (helper / Th-2), células plasmáticas y células cebadas entre otras. Además, mensajeros químicos como TNF-α, IL-1, Il-4, IL-5, IL-12, IL-13 y factor de crecimiento epidermal han sido descritos como coparticipes de la metaplasia caliciforme. La interacción entre células inflamatorias y mensajeros químicos eventualmente origina una remodelación bronquiolar caracterizada por metaplasia, fibrosis, hipetrofia de músculo liso y obstrucción del flujo de aire que eventualmente culmina con enfisema. Estudios recientes demostraron la presencia de células madres bronquioalveolares (bronchioalveolar stem cells) en la unión de la mucosa bronquiolar y alveolar. Estas células madres juegan un papel predominante en la reparación de bronquiolos y alvéolos remplazando a las células perdidas en una lesión pulmonar. Esta población de células madres es muy probablemente la estirpe celular que da origen a los tumores pulmonares en los animales domésticos. Clínicamente las metaplasia caliciforme se manifiesta como un hipersecreción de moco que tapona la luz bronquiolar causando signos respiratorios severos. Es interesante notar que la obstrucción bronquiolar con moco causa severos signos respiratorios a peasar de que las lesiones macroscópicas son poco aparentes a la necropsia. El huélfago de los equinos y el asma felina son dos ejemplos de enfermedades pulmonares en las que los signos clínicos severos son el resultado de una metaplasia bronquiolar con acumulo excesivo de moco en los bronquiolos. El asma y la enfermedad crónica obstructiva pulmonar también ejemplos importantes de este cambio bronquiolar en humanos. Estudios recientes han demostrado que algunos parásitos pulmonares como el Crensosoma vulpis en zorros causa extensa metaplasia caliciforme bronquiolar. 17 Microscópicamente se observan tapones de moco en la luz bronquiolar y gran cantidad de células caliciformes en la mucosa de los bronquiolos. Microscópicamente la metaplasia caliciforme va acompañada por una inflamación generalmente leve y un engrosamiento de las paredes bronquiolares. Eosinófilos, linfocitos y células plasmáticas infiltran discretamente las paredes bronquiolares. Tinciones es especiales como PAS y azul de alciano son útiles para la identificación de células caliciforme y moco. ALVEOLOS (SISTEMA DE INTERCAMBIO) Estructura Alveolar El sistema de intercambio, formado por los ductos alveolares y los alvéolos pulmonares, tiene la función propia del intercambio gaseoso entre el aire y la sangre. Funcionalmente esta interfase aire-sangre está formada por una estructura trilaminar constituida por los neumocitos tipo I, la membrana basal y el endotelio vascular. Tanto los neumocitos como el endotelio comparten una delicada membrana basal. Los neumocitos tipo I también llamados neumocitos membranosos son considerablemente delgados y solo pueden apreciarse mediante el uso del microscopio electrónico. Se estima que alrededor del 90% de la superficie alveolar esta recubierta por los neumocitos tipo I. El 10% restante esta cubierto principalmente por neumocitos tipo II también llamados neumocitos granulares. Es interesante notar que los neumocitos tipo I a pesar de recubrir la mayoría de la luz alveolar constituyen menos del 40% de las células epiteliales del alvéolo. La razón es simple, los neumocitos tipo I son células epiteliales extremadamente delgados o aplanadas por lo que una sola célula cubre una gran superficie alveolar. Los neumocitos tipo II, tienen forma cuboidal y por mucho año se 18 pensó que su función principal era únicamente la síntesis y secreción del surfactante pulmonar. Ahora se sabe que el surfactante pulmonar no solo tiene propiedades tensoactivas y previene el colapso pulmonar alveolar reduciendo la tensión superficial sino que también participa en la defensa del pulmón. Las proteínas A y D del surfactante (lectinas) contribuye a los procesos de fagocitosis alveolar al igual que en la respuesta innata inmunológica del pulmón. Daño y Respuesta Alveolar Agentes infecciosos o tóxicos acarreados al pulmón por el aire (vía aerógena) o la sangre (vía hematógena) son enfrentados por los mecanismos de defensa del pulmón. Cuando estos mecanismos de defensa son insuficientes se produce el daño alveolar y con esto se inicia la degeneración celular seguida rápidamente por mecanismos de inflamación y reparación. La respuesta inflamatoria del alveolo esta regulada como suceded en otros tejidos por un complejo y vasto arsenal de células y mediadores químicos. Entre estos mediadores sobresalen factor de tumoral (TNF0α); IL-1, IL-4,IL-5, IL-6, IL-8, Il -10,IL-13, substancia P, complemento moléculas de adhesión y varias selectinas, al igual que otras substancias pro-inflamatorias como luecotrenos, ciclooxigenasas y óxido nítrico. Investigaciones recientes sugieren que el tráfico de células inflamatorias y secreción de citoquinas está también regulada por señales bidireccionales entre los leucocitos y las células alveolares. Por ejemplo, secreción de citoquinas por macrófagos estimula a los neumocitos a secretar eotaxinas que a su vez actúan como agentes quimotácticos para eosinófilos. En daños irreversibles los cambios degenerativos en los neumocitos culminan con necrosis celular. A diferencia de otros órganos como hígado y riñón en donde se 19 observa una típica picnosis e hiperesinofilia del citoplasma, la necrosis de neumocitos es difícil de observarse microscópicamente. En su lugar se observan los efectos secundarios de la necrosis como el edema alveolar y la proliferación de neumocitos tipo II. La visualización de cambios degenerativos en los neumocitos generalmente requiere de microscópica electrónica. La necrosis de los neumocitos va habitualmente acompañada por una neumonía intersticial, edema alveolar y en algunos casos la formación de membranas hialinas. Estudios recientes sugieren que la apoptosis o muerte celular programada juega un papel importante, no solo en la homeostasis del pulmón normal, sino también en el proceso de remodelación alveolar. Una de las lesiones alveolares mas severas es con en el llamado “daño alveolar difuso” (DAD) el cual se presenta en algunas infecciones virales (SARS-CoV; BRSV), sepsis y sobre todo en el síndrome agudo de disfunción respiratoria (acute respiratory distress syndrome). Este tipo de daño alveolar difuso también se presenta con frecuencia en algunos tipos de neumonía intersticial en los animales domésticos. La patogénesis del DAD presupone un daño irreversible y extenso a los neumocitos como resultado del secuestro y “degranulación explosiva “de neutrófilos dentro de los capilares alveolares. La liberación de enzimas lisosomales de los neutrófilos causa extenso daño capilar y especialmente necrosis de neumocitos tipo I los cuales eventualmente se exfolian hacia la luz alveolar dejando membranas basales “desnudas.” Necrosis de neumocitos tipo I causa profundas alteraciones en la permeabilidad capilar facilitando la salida de fluido y proteínas plasmáticas hacia la luz alveolar (fase exudativa). Las proteínas extravasadas se mezclan con los restos celulares de los neumocitos y el surfactante parcialmente 20 degradado para formar alrededor de las paredes alveolares unas típicas membranas eosinofilicas conocidas como membranas hialinas. Toda vez que el paciente haya sobrevivido la fase aguda de DAD, el daño alveolar entra en fase de reparación (fase proliferativa) misma que se manifiesta histológicamente por inflamación y proliferación celular. Células inflamatorias, principalmente macrófagos alveolares participan activamente en el la eliminación de detritus celulares. La reparación de la pared alveolar comienza con la proliferación de neumocitos tipo II en la llamada fase de epitelizacion alveolar. Estos neumocitos de forma cuboidal recubren las membranas basales dándole al alveolo una típica apariencia glandular. Eventualmente la mayoría de los neumocitos tipo II se diferencian en neumocitos tipo I mientras que las células restantes desaparecen mediante el proceso de apoptosis. En condiciones óptimas el alveolo dañado es reparado a su forma original cuando el daño es moderado y las membranas basales permanecieron intactas. En casos de daño alveolar severo cuando las membranas basales son destruidas o cuando los capilares alveolares son ocluidos, la reparación se lleva a cabo en forma desorganizada y con la proliferación de células mesenquimales y depósitos de matrices extracelulares (reparación por fibrosis y depósitos de colagena). La remodelación y fibrosis alveolar puede iniciarse a solo 48 horas después del daño y es gobernada por un reconocido y creciente número de mensajeros químicos. La fibronectina, varios factores de crecimiento tisular (TGF-ß1, epidermal y plaquetario) y factores parecidos a la insulina estimulan a los fibroblastos, mioblastos y macrófagos. La proliferación local de células cebadas es otro elemento importante en la fibrosis alveolar. Resultados recientes obtenidos en estudios in vitro suguieren que las células epiteliales alveolares pueden bajo 21 la influencia del factor de crecimiento transformante (TGF- ß1) transformarse en miofobroblastos. El proceso de fibrosis alveolar está también controlado por agentes químicos antagonistas como son las prostaglandinas, hormonas esteroidales, metaloproteinasas (“matrixinas’), y las colagenasas secretadas por macrófagos. La fibrosis alveolar ocurre tanto en las paredes (fibrosis intersticial) como en el lumen de alveolo (firbosis intralaveolar). 22 Lecturas Recomendadas: Aarbiou J, van Schadewijk A, Stolk J, Sont JK, de Boer WI, Rabe KF, van Krieken JH, Mauad T, Hiemstra PS. Human neutrophil defensins and secretory leukocyte proteinase inhibitor in squamous metaplastic epithelium of bronchial airways. Inflamm Res. 2004; 53:230-828. Beech J. Equine Respiratory Disorders. Philadelphia: Lea & Febiger, 1991. Busse W, Elias J, Sheppard D, Banks-Schlegel S. Airway remodeling and repair. Am J Respir Crit Care Med. 1999;160:1035-1042. Byers CG, Dhupa N. Feline bronchial asthma: Pathophysiology and diagnosis. Comp Cont Education 2005;418-425. Davies DE, Wicks J, Powell RM, Puddicombe SM, Holgate ST. Airway remodeling in asthma: new insights. J Allergy Clin Immunol. 2003;111:215-225; Heiman AS, Abonyo BO, Darling-Reed SF, Alexander MS. Cytokine-stimulated human lung alveolar epithelial cells release eotaxin-2 (CCL24) and eotaxin-3 (CCL26). Interferon Cytokine Res. 2005;25:82-91. Howarth PH, Knox AJ, Amrani Y, Tliba O, Panettieri RA Jr, Johnson M. Synthetic responses in airway smooth muscle. Allergy Clin Immunol. 2004;114:S32-50. Jeffery PK. Remodeling in asthma and chronic obstructive lung disease. Am J Respir Crit Care Med. 20015;164:S28-38. Review. Johnson DR, Sales J, Matthews JB. Local cytokine responses in Dictyocaulus viviparus infection.Vet Parasitol. 2005;128:309-318. Kim CF, Jackson EL, Woolfenden AE, Lawrence S, Babar I, Vogel S, Crowley D, Bronson RT, Jacks T. Identification of bronchioalveolar stem cells in normal lung and lung cancer. Cell. 2005;121:823-35. King LG. Respiratory Diseases of Dogs and Cats. WB Saunders, 2004. Li X, Shu R, Filippatos G, Uhal BD. Apoptosis in lung injury and remodeling. J Appl Physiol. 2004:97:1535-1542. Nevárez A, López A, Conboy G, Sims D. Crenosoma vulpis in foxes: an animal model for bronchiolar mucous metaplasia. Comparative Respiratory Society. July 19-23, 2001. Edinburgh, Scotland (Abstract p 27). Oberholzer M, Dalquen P, Wyss M, Rohr HP. The applicability of the gland/wall ratio (Reid-Index) to clinicopathological correlation studies. Thorax. 1978;33:779-784. 23 Piantadosi CA, Schwartz DA. The acute respiratory distress syndrome. Ann Intern Med 2004;141:460-70 Puneet P, Moochhala S, Bhatia M. Chemokines in acute respiratory distress syndrome. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2005;288:L3-15. . Sano H, Kuroki Y. Mol Immunol. The lung collectins, SP-A and SP-D, modulate pulmonary innate immunity. 2005;42:279-87. Xu KF, Vlahos R, Messina A, Bamford TL, Bertram JF, Stewart AG. Antigen-induced airway inflammation in the Brown Norway rat results in airway smooth muscle hyperplasia. J Appl Physiol. 2002; 93:1833-1840. 24