Sangrado y coagulación de la sangre - hemostasia y proceso hemostático

Sangrado y la coagulación de la sangre. El escape de la sangre de los vasos sanguíneos en el tejido circundante y el proceso de coagulación a través de la acción de las plaquetas.

Significado de la hemostasia


La evolución de la circulación sanguínea de alta presión en los vertebrados ha traído consigo el riesgo de sangrado después de la lesión de los tejidos. Los mecanismos para prevenir el sangrado (es decir, los mecanismos hemostáticos) son esenciales para mantener el sistema circulatorio sanguíneo cerrado. La hemostasia normal es responsabilidad de un complejo sistema de tres componentes individuales: células sanguíneas (plaquetas), células que recubren los vasos sanguíneos (células endoteliales) y proteínas sanguíneas (proteínas coagulantes de la sangre). La plaquetas de la sangre es una célula no nucleada que circula en la sangre en forma inactiva y en reposo. Las células endoteliales alinean la pared del vaso sanguíneo e inhiben la coagulación de la sangre en la pared del vaso en condiciones normales. Las proteínas de la coagulación de la sangre circulan en el plasma sanguíneo en forma inactiva, preparadas para participar en la coagulación de la sangre después de la lesión de los tejidos. Las proteínas de coagulación de la sangre generan trombina, una enzima que convierte el fibrinógeno en fibrina, y una reacción que conduce a la formación de un coágulo de fibrina.

El mecanismo hemostático involucra tres reacciones fisiológicamente importantes: (1) la formación de un coágulo sanguíneo, (2) la formación de un tapón plaquetario y (3) cambios asociados con la pared del vaso sanguíneo después de la lesión de sus células. En los seres humanos, los defectos en cualquiera de estos procesos pueden resultar en sangrado persistente de lesiones leves, o, alternativamente, en una reacción excesiva que causa la formación inapropiada de coágulos sanguíneos (trombosis) en los vasos sanguíneos. Cuando un vaso sanguíneo se lesiona, la sangre se escapa mientras el vaso permanezca abierto y la presión dentro del vaso exceda al exterior.

El flujo sanguíneo puede ser detenido o disminuido cerrando la fuga o igualando la presión. La fuga puede ser cerrada por la contracción de la pared del vaso sanguíneo o por la formación de un tapón sólido. La presión puede ser igualada por un aumento de la presión externa cuando la sangre queda atrapada en los tejidos (hematoma) o por una disminución de la presión intravascular (la presión dentro del vaso sanguíneo) causada por la constricción de un recipiente de suministro. El momento y la importancia relativa de estos eventos pueden variar con la escala de la lesión. El sangrado de los vasos más pequeños puede ser detenido por los tapones de las plaquetas; cuando el sangrado es de vasos más grandes, se requiere formación de coágulos de sangre; en vasos aún más grandes la caída severa en la presión asociada con el choque es la última línea de defensa.

El proceso hemostático


Los vasos sanguíneos que constituyen el sistema circulatorio incluyen las arteriolas (las arterias más pequeñas) y las vénulas (las venas más pequeñas) conectadas por los capilares (el más pequeño de todos los vasos sanguíneos). Las células sanguíneas, incluyendo glóbulos rojos y plaquetas, normalmente no tienen tendencia a adherirse entre sí o al revestimiento (endotelio) de los vasos. Sin embargo, una lesión demasiado leve para romper un vaso puede provocar una reacción hemostática que haga que las células sanguíneas se adhieran entre sí. Después de una lesión menor en los tejidos puede haber una contracción parcial de los vasos y adherencia de las plaquetas en capas sucesivas en el punto de la lesión. Se forma una masa de plaquetas que crece hasta bloquear o casi bloquear el vaso. A veces esta masa de plaquetas se rompe y luego las reformas, un ciclo que se repite muchas veces. Estas masas consisten en plaquetas mínimamente alteradas. Incluso estas ligeras lesiones causan el desprendimiento de algunas células endoteliales del vaso y la exposición de capas más profundas a las que se adhieren las plaquetas.

Si el vaso se corta de modo que la sangre escapa, la reacción hemostática es diferente. En los vasos musculares puede haber una contracción y un estrechamiento inmediatos del vaso, pero esto generalmente sólo minimiza la pérdida de sangre. Una masa de plaquetas activadas se adhiere al sitio de lesión del vaso (un tapón de plaquetas) y normalmente detiene el flujo de sangre fuera del vaso. A diferencia de las plaquetas que circulan en la sangre y las que se adhieren a lesiones menores de tejido, estas plaquetas han sufrido un cambio bioquímico y morfológico característico de la activación plaquetaria, proceso que incluye la secreción de los contenidos de gránulos plaquetarios en la sangre circundante y la extensión de pseudópodos . Entre las plaquetas desarrollan haces de fibras de fibrina (coagulación). Estos cambios se producen cerca de colágeno dañado, la proteína fibrosa que se encuentra en el tejido conectivo que subyace a la célula endotelial. Posteriormente, se produce la cicatrización normal de la herida. Las plaquetas posteriormente degeneran en una masa amorfa y después de varios días, la fibrina misma se disuelve (fibrinólisis) mediante una enzima, la plasmina. El coágulo de fibrina es reemplazado por una estructura permanente de tejido cicatricial que incluye colágeno, y la cicatrización es así completa.

La respuesta hemostática normal al daño del endotelio vascular puede organizarse en cuatro etapas: (1) vasoconstricción inicial, (2) agregación de plaquetas sobre y alrededor de la lesión y formación de un tapón plaquetario, (3) activación de las reacciones de coagulación, y (4) la activación de fibrinólisis.

Función vascular


La reacción vascular hemostática más evidente es la constricción del vaso sanguíneo después de la lesión. Esto es importante en las arterias grandes porque la adhesión plaquetaria y la coagulación son insuficientes para detener el sangrado. No obstante la asistencia quirúrgica retrasada, la supervivencia de algunas personas que han perdido miembros en accidentes se debe a la constricción de sus arterias principales. Otras reacciones vasculares a la lesión tienen sólo un efecto hemostático secundario.

Plaquetas y su agregación


Las plaquetas de mamíferos son células no nucleadas producidas por grandes células de la médula ósea llamadas megacariocitos y circulan en la sangre en forma inactiva y en reposo durante un promedio de 10 días. El recuento normal de plaquetas en humanos está entre 150.000 y 400.000 plaquetas por milímetro cúbico de sangre. La plaquita inactiva contiene tres tipos de gránulos internos: los gránulos alfa, los gránulos densos y los lisosomas. Cada uno de estos gránulos es rico en ciertas sustancias químicas que tienen un papel importante en la función plaquetaria. Por ejemplo, los gránulos densos contienen grandes cantidades de iones de calcio y difosfato de adenosina (ADP). Al liberarse de la plaquetas, el ADP estimula a otras plaquetas a activarse cuando se une al receptor de ADP en la membrana de las plaquetas. Los gránulos alfa contienen muchas proteínas, incluyendo fibrinógeno, trombospondina, fibronectina y factor de von Willebrand. Tras la activación plaquetaria, las plaquetas alteran su forma de discoide a esférica y se extienden largas proyecciones parecidas a los pies llamadas pseudópodos. Los gránulos alfa y gránulos densos se mueven a la superficie de la plaquetas, se fusionan con la membrana de las plaquetas y liberan su contenido en la sangre que rodea a la plaquetas. Los lisosomas contienen enzimas que digieren las proteínas gastadas y otros metabolitos de la célula.

Las plaquetas activadas se adhieren fuertemente a otras superficies que no sean el revestimiento de los vasos sanguíneos, como el colágeno, el vidrio, los metales y los tejidos. Las propias plaquetas adherentes se convierten en adhesivo para otras plaquetas activadas de manera que, en un sistema de flujo, se desarrolla un tapón de plaquetas. La propagación de esta adhesividad de una capa a la siguiente es probablemente debido a productos químicos, tales como ADP y tromboxano A2, secretados en la sangre a partir de los gránulos de las plaquetas activadas. El ADP liberado de los gránulos densos se une a un receptor en la superficie de las plaquetas, iniciando los cambios bioquímicos y morfológicos asociados con la activación y secreción plaquetaria. La propiedad de la adhesividad de las plaquetas normales requiere una proteína en la superficie de la membrana de las plaquetas, conocida como glicoproteína Ib, para unir el factor de von Willebrand, una proteína plasmática multimérica grande liberada de los gránulos alfa. El factor Von Willebrand, cuando está unido a la glicoproteína Ib sobre la superficie de las plaquetas, facilita la interacción de las plaquetas con una variedad de otras superficies (por ejemplo, el revestimiento del vaso dañado).

La agregación plaquetaria es la propiedad de las plaquetas de agruparse entre sí para formar un tapón plaquetario. Dos proteínas de la membrana de las plaquetas juegan un papel importante en la agregación plaquetaria: glicoproteína IIb y glicoproteína IIIa. Estas proteínas forman un complejo en la membrana y exponen un sitio receptor después de la activación plaquetaria que une al fibrinógeno (una molécula bivalente con dos mitades simétricas que se encuentra en una concentración relativamente alta en el plasma). El fibrinógeno puede unirse simultáneamente a dos plaquetas. De este modo, el fibrinógeno une las plaquetas (agregación) a través del complejo de glicoproteína IIb-IIIa que sirve como receptor de fibrinógeno.

La lesión en el revestimiento del vaso y el contacto de la sangre con tejidos fuera del vaso estimula la producción de trombina mediante la activación del sistema de coagulación. La trombina provoca la agregación plaquetaria. Las plaquetas expuestas a la trombina segregan sus gránulos y liberan el contenido de estos gránulos en el plasma circundante.

Coagulación de la sangre


La coagulación es el reemplazo de un tapón plaquetario relativamente inestable con un coágulo sanguíneo más fuerte y más resiliente a través de una serie de reacciones interdependientes, mediadas por enzimas, que producen la generación de trombina y la formación de fibrina a partir de fibrinógeno. Las vías intrínseca y extrínseca de la coagulación están implicadas en la regulación de la coagulación; cada uno es activado por un disparador diferente, aunque comparten muchas etapas en el curso de la generación de trombina.

Glóbulos rojos (eritrocitos) atrapados en una malla de hilos de fibrina

Glóbulos rojos (eritrocitos) atrapados en una malla de hilos de fibrina. La fibrina, una proteína resistente e insoluble formada después de una lesión en los vasos sanguíneos, es un componente esencial de los coágulos sanguíneos.

Vía intrínseca de la coagulación de la sangre

Todos los componentes necesarios para que el proceso de coagulación prosiga se encuentran en la sangre. Como tal, las proteínas requeridas para que tal coagulación tenga lugar son parte de la vía intrínseca de la coagulación de la sangre. Esta vía implica una serie de proteínas, cofactores de proteínas y enzimas, que interactúan en las reacciones que tienen lugar en las superficies de la membrana. Estas reacciones se inician por lesión tisular y dan como resultado la formación de un coágulo de fibrina (Figura 1).

cascada de la coagulación de la sangre

Figura 1: La cascada de la coagulación de la sangre. Cada proteína circula en la sangre en forma activa.

La vía intrínseca se inicia por la activación del factor XII por ciertas superficies cargadas negativamente, incluido el vidrio. El kininógeno de alto peso molecular y la prekalicreína son dos proteínas que facilitan esta activación. La forma enzimática del factor XII (factor XIIa) cataliza la conversión del factor XI en su forma enzimática (factor XIa). El factor XIa cataliza la conversión del factor IX en la forma activada, factor IXa, en una reacción que requiere iones de calcio. El factor IXa se ensambla sobre la superficie de las membranas en complejo con el factor VIII; el complejo factor IXa-factor VIII requiere calcio para estabilizar ciertas estructuras sobre estas proteínas asociadas con sus propiedades de unión a la membrana. El factor X se une al complejo factor IXa-factor VIII y se activa al factor Xa.

El factor Xa forma un complejo con el factor V en las superficies de la membrana en una reacción que también requiere iones de calcio. La protrombina se une al complejo factor Xa-factor V y se convierte en trombina, una potente enzima que escinde fibrinógeno a fibrina, un monómero. Las moléculas de monómero de fibrina se unen entonces (polimerizan) para formar fibras largas. Más tarde, la unión adicional entre las unidades del polímero se promueve mediante una enzima conocida como factor XIIIa, que estabiliza el coágulo recién formado por reticulaciones. Aunque los mecanismos detallados no se conocen, este efecto en cascada o cascada ofrece la posibilidad de amplificar una pequeña señal asociada con lesión tisular en un evento biológico importante: la formación de un coágulo de fibrina. Además, la regulación cuidadosa de este sistema es posible con la participación de dos cofactores de proteínas, el factor VIII y el factor V.

Ciertas superficies cargadas negativamente, incluyendo vidrio, caolín, algunos plásticos sintéticos y telas, activan el factor XII a su forma enzimática, el factor XIIa. En contraste, ciertos materiales tienen poca tendencia a activar el factor XII. Las superficies inactivas incluyen algunos aceites, ceras, resinas, siliconas, algunos plásticos y células endoteliales, la superficie más inerte de todos. No se conocen las propiedades fisicoquímicas que determinan la actividad. El problema es importante, porque la cirugía moderna requiere un material perfectamente inactivo para hacer sustitutos (prótesis) para las válvulas del corazón y las secciones de los vasos sanguíneos. La formación de coágulos (trombos) en estas superficies puede conducir a complicaciones graves o incluso fatales. La cirugía a corazón abierto requiere bombeo de sangre a través de equipos que no activan el proceso de coagulación sanguínea de manera significativa. Del mismo modo, la filtración de la sangre de los productos de desecho durante la diálisis del riñón no debe conducir a la generación de coágulos de fibrina. Para minimizar la activación de la coagulación sanguínea cuando la sangre fluye sobre superficies extrañas, se emplean fármacos especiales (anticoagulantes) tales como heparina.

La actividad de la vía intrínseca puede evaluarse en una simple prueba de laboratorio denominada tiempo parcial de tromboplastina (PTT), o, más exactamente, en el tiempo de tromboplastina parcial activada. Se recoge el plasma y se anticoagula con tampón de citrato; el citrato se une y elimina eficazmente los iones calcio funcionales del plasma. Bajo estas condiciones, no se puede generar un coágulo de fibrina. Se añade al plasma un material cargado negativamente, tal como el material de diatomeas caolín. El caolín activa el factor XII a su forma enzimática, factor XIIa, que entonces activa el factor XI. El proceso se bloquea de la activación adicional debido a la falta de iones de calcio, que son necesarios para la siguiente reacción, la activación del factor IX. Mediante la adición de iones de calcio y una preparación de fosfolípidos (que sirve como una membrana artificial para el ensamblaje de los complejos de proteína coagulante de la sangre), se registra la duración del tiempo hasta que se forma un coágulo visible. Esta reacción tiene lugar en cuestión de 25 a 50 segundos, dependiendo de la formulación de los productos químicos utilizados. En la práctica, el tiempo de coagulación de un plasma de prueba se compara con el tiempo de coagulación del plasma normal. La coagulación retardada, medida como tiempo prolongado de tromboplastina parcial, puede deberse a una deficiencia en la actividad de uno o más de los factores de coagulación de la sangre oa un inhibidor químico de la coagulación de la sangre.

La vía extrínseca de la coagulación sanguínea

Tras la introducción de células, particularmente de tejido triturado o lesionado, se activa la coagulación sanguínea y se forma rápidamente un coágulo de fibrina. La proteína en la superficie de las células que es responsable de la iniciación de la coagulación de la sangre se conoce como factor tisular, o tromboplastina de tejido. El factor tisular se encuentra en muchas de las células del cuerpo, pero es particularmente abundante en las del cerebro, los pulmones y la placenta. La vía de coagulación de la sangre activada por el factor tisular, una proteína extrínseca a la sangre, se conoce como la vía extrínseca (Figura 1).

El factor tisular sirve como cofactor con el factor VII para facilitar la activación del factor X. Alternativamente, el factor VII puede activar el factor IX, que a su vez puede activar el factor X. Una vez activado, el factor X actúa activando protrombina a trombina en una reacción requiriendo el factor V. La trombina convierte el fibrinógeno en fibrina. Con la excepción del factor VII, todos los componentes de la vía extrínseca son también componentes de la vía intrínseca.

La actividad de la vía extrínseca puede evaluarse en el laboratorio usando una prueba simple conocida como tiempo de protrombina. El extracto de tejido, o tromboplastina de tejido, se extrae de tejidos animales ricos en factor tisular. El plasma, anticoagulado con tampón citrato, se coagula con la adición simultánea de fosfolípido, calcio y tromboplastina. La duración del tiempo hasta la formación del coágulo, conocido como tiempo de protrombina, suele estar entre 10 y 12 segundos. En la práctica, el tiempo de coagulación de un plasma de prueba se compara con el tiempo de coagulación del plasma normal. La coagulación retardada, medida como un tiempo prolongado de protrombina, puede deberse a una deficiencia en la actividad de uno o más de los factores de coagulación sanguínea en la vía extrínseca o a un inhibidor químico de la coagulación sanguínea que interfiere con la vía extrínseca.

En resumen, existen dos mecanismos independientes para iniciar la coagulación sanguínea y para activar el factor X: (1) las superficies cargadas negativamente que inician la coagulación sanguínea a través de la vía intrínseca (factores XII, XI, IX y VIII) y (2) el factor tisular en células fuera de la sangre que participa en la vía extrínseca (factor VII). La vía común (factor X, factor V, protrombina y fibrinógeno) es compartida por ambos sistemas. Aunque ambas vías proporcionan la oportunidad de adquirir información significativa sobre la coagulación de las proteínas usando el tiempo parcial de tromboplastina y el tiempo de protrombina, es muy probable que la vía fisiológicamente importante de la coagulación sanguínea sea la vía extrínseca iniciada por el factor tisular.

Bases bioquímicas de la activación

Las proteínas que coagulan la sangre circulan en la sangre en su forma inactiva de proenzima. El término bioquímico para tales proenzimas es zimógeno. Estos zimógenos son enzimas precursoras que se convierten en enzimas activas por la escisión de uno o, en algunos casos, dos enlaces peptídicos. Al dividir la proteína en fragmentos específicos, el zimógeno se convierte en una enzima activa que puede dividir los enlaces peptídicos particulares. Este proceso, conocido generalmente como proteolisis limitada, es equivalente a un cambio molecular; cortando un enlace específico que conecta dos aminoácidos en la cadena de aminoácidos conocida como polipéptido, se forma una enzima activa. Por lo tanto, la sangre contiene un sistema preparado para que se enganche instantáneamente en la formación de coágulos de sangre si se lesiona el tejido. En condiciones normales, sin embargo, la coagulación de la sangre no tiene lugar en ausencia de lesión en los tejidos. Las proteínas de coagulación que funcionan como zimógenos en la sangre incluyen factor XII, factor XI, precalicreína, factor IX, factor X, factor VII y protrombina.

Los cofactores de proteínas también juegan un papel importante en la coagulación de la sangre. Dos cofactores proteínicos, el factor V y el factor VIII, son proteínas grandes que probablemente regulan la coagulación sanguínea. Estas proteínas circulan en la sangre como cofactores inactivos. Mediante el proceso de proteólisis limitada, en el que varios cortes en las cadenas polipeptídicas de estos cofactores están formados por la enzima trombina, los factores V y VIII se convierten en cofactores activos. El factor V y el factor VIII se unen a las superficies de la membrana y forman un punto focal para la organización de ciertos complejos de proteínas.

Inhibición de la coagulación


Después de la activación del sistema de coagulación de la sangre, las enzimas activas deben ser apagadas y el proceso de coagulación contenido localmente en el área de lesión tisular. Los detalles de la regulación de la coagulación de la sangre permanecen oscuros, pero está claro que una serie de proteínas de la sangre desempeñan un papel especializado en el desacoplamiento del sistema activado de coagulación sanguínea. La antitrombina III es una proteína plasmática que se combina con trombina, así como la mayor parte de las otras proteínas coagulantes activadas (por ejemplo, los factores Xa y IXa) para formar complejos inertes. Esta acción se ve reforzada por la presencia de heparina, una sustancia formada por mastocitos del tejido conectivo. La deficiencia hereditaria de antitrombina III está asociada con una tendencia excesiva a la formación de coágulos, y las manifestaciones de este defecto son tromboflebitis recurrente y embolia pulmonar. El cofactor II de heparina es otro inhibidor de la proteasa plasmática que forma específicamente un complejo con trombina, inactivando así esta enzima. La proteína C, una proteína dependiente de la vitamina K, es un zimógeno que requiere vitamina K para su activación por trombina complejada a trombomodulina, una proteína en la membrana celular endotelial. La proteína C activada es capaz de inactivar las formas cofactoras activas de los factores VIII y V. Su acción se potencia cuando está unida a la proteína S, una proteína dependiente de la vitamina K que está unida a las membranas celulares (plaquetas o células endoteliales). Una deficiencia en el nivel de proteína C o proteína S se asocia con una tendencia excesiva a formar coágulos.

Otro efecto anticoagulante es la acción fibrinolítica (división de la fibrina) de la plasmina, una enzima que cataliza la eliminación de la vieja fibrina en los sitios de lesión y cualquiera que pueda depositarse en vasos normales. La plasmina se deriva del plasminógeno, un precursor de proteína inerte que puede ser activado por el activador del plasminógeno tisular. Estreptoquinasa, uroquinasa y activador del plasminógeno tisular son fármacos que activan el plasminógeno y conducen a la disolución de coágulos.

Síntesis de proteínas coagulantes de la sangre


La mayoría de las proteínas de la coagulación sanguínea se sintetizan en el hígado. Además, el factor VIII se sintetiza en un gran número de otros tejidos. Seis proteínas implicadas en la coagulación sanguínea requieren vitamina K para su síntesis completa: factor IX, factor X, protrombina, factor VII, proteína C y proteína S. Estas proteínas se sintetizan en forma precursora. En una región de la célula hepática llamada retículo endoplasmático rugoso, los residuos de ácido glutámico específicos en la proteína se cambian por una reacción mediada por enzimas para formar un ácido glutámico modificado conocido como ácido γ-carboxiglutámico. Esta reacción enzimática, conocida como γ-carboxilación, requiere vitamina K como cofactor. El ácido γ-Carboxiglutámico es un aminoácido único que se une al calcio. En la proteína, los ácidos γ-carboxiglutámicos forman los sitios de unión al calcio que caracterizan esta forma de proteína de unión al calcio, las proteínas dependientes de la vitamina K. El calcio estabiliza ciertas formas estructurales de las proteínas dependientes de la vitamina K, permitiendo que estas proteínas se unan a las membranas celulares. En ausencia de vitamina K o en presencia de antagonistas de la vitamina K tales como la warfarina, se inhibe la γ-carboxilación y se sintetizan proteínas que son deficientes en ácido γ-carboxiglutámico. Estas proteínas no tienen actividad biológica porque no se unen al calcio y no interactúan con las superficies de la membrana.

Productos de coagulación sintética


Se han generado varios productos de coagulación sintéticos para uso en medicina de emergencia. Un agente hemostático conocido como QuikClot, que está hecho a partir de una forma de ingeniería de la zeolita mineral, es capaz de detener rápidamente el sangrado. El material de zeolita modificada contiene cationes (iones cargados positivamente) que actúan como cofactores en la activación de las proteínas coagulantes. El material también induce la formación de coágulos atrapando y concentrando las proteínas de la sangre. QuikClot se utiliza principalmente para detener el sangrado de las heridas expuestas.

Los científicos están investigando el uso de plaquetas sintéticas para detener la hemorragia internamente y dirigirse específicamente al sitio de la lesión del vaso. Una aproximación a la generación de plaquetas sintéticas depende de las propiedades de las nanopartículas, que son entidades que van desde aproximadamente 1 a 100 nm de diámetro. Se ha demostrado que ciertos tipos de nanopartículas especialmente diseñadas activan plaquetas, estimulando así el proceso de formación de coágulos. Los estudios han demostrado que la infusión de plaquetas sintéticas puede reducir significativamente el tiempo de sangrado. Además, debido a que las plaquetas sintéticas tienen una vida útil más larga que las plaquetas donantes y no requieren condiciones especiales de almacenamiento, podrían ser particularmente útiles en el tratamiento de emergencia de los soldados heridos.

Enfermedad: enfermedades no transmisibles y contagiosas - control de la enfermedad

Enfermedad: enfermedades no transmisibles y contagiosas. Enfermedad, hace referencia a cualquier desviación perjudicial del estado estructural o funcional normal de un organismo, generalmente asociado con ciertos signos y síntomas y de naturaleza diferente a la lesión física. Un organismo enfermo exhibe comúnmente signos o síntomas indicativos de su estado anormal. Así, la condición normal de un organismo debe ser entendida para reconocer las características de la enfermedad. Sin embargo, no siempre es evidente una clara demarcación entre la enfermedad y la salud.

El estudio de la enfermedad se llama patología. Implica la determinación de la causa (etiología) de la enfermedad, la comprensión de los mecanismos de su desarrollo (patogénesis), los cambios estructurales asociados al proceso de la enfermedad (cambios morfológicos) y las consecuencias funcionales de dichos cambios. La identificación correcta de la causa de una enfermedad es necesaria para identificar el curso correcto del tratamiento.

Terremoto en Haití de 2010: el cólera

Terremoto en Haití de 2010: el cólera
Esperando tratamiento, los haitianos que sufren de síntomas del cólera son ayudados por otros residentes, St. Marc, Haití, octubre de 2010.

Los seres humanos, otros animales y plantas son susceptibles a enfermedades de algún tipo. Sin embargo, lo que interrumpe el funcionamiento normal de un tipo de organismo puede no tener ningún efecto sobre los otros tipos.

Distinciones principales


El estado normal de un organismo representa una condición de delicado equilibrio fisiológico, o homeostasis, en términos de procesos químicos, físicos y funcionales, mantenidos por un complejo de mecanismos que no se comprenden completamente. En un sentido fundamental, por lo tanto, la enfermedad representa las consecuencias de una ruptura de los mecanismos de control homeostáticos. En algunos casos los mecanismos afectados están claramente indicados, pero en la mayoría de los casos un complejo de mecanismos es perturbado, inicial o secuencialmente, y la definición precisa de la patogénesis de la enfermedad resultante es difícil de alcanzar. La muerte en seres humanos y otros mamíferos, por ejemplo, a menudo resulta directamente de una insuficiencia cardiaca o pulmonar, pero la secuencia precedente de eventos puede ser muy compleja, implicando alteraciones de otros sistemas de órganos y trastornos de otros mecanismos de control.

Las enfermedades no transmisibles


Las enfermedades no transmisibles generalmente son duraderas y progresan lentamente, por lo que a veces también se denominan enfermedades crónicas. Pueden surgir de exposiciones ambientales o de anomalías genéticamente determinadas, que pueden ser evidentes al nacer o que pueden aparecer más tarde en la vida. La Organización Mundial de la Salud (OMS) ha identificado cuatro tipos principales de enfermedad no transmisible: cáncer, enfermedad cardiovascular (por ejemplo, ataque cardíaco, accidente cerebrovascular), enfermedad respiratoria crónica (por ejemplo, asma) y diabetes mellitus. La OMS estima que, en conjunto, estos cuatro grupos de afecciones representan el 82% de todas las muertes por enfermedades no transmisibles.

La causa inicial del estado enfermo puede estar dentro del propio organismo, y entonces se dice que la enfermedad es idiopática, innata, primaria o "esencial". Puede ser el resultado de un tratamiento médico, ya sea como un efecto secundario inevitable o porque el tratamiento en sí era poco aconsejable; en ambos casos la enfermedad se clasifica como iatrogénica. Finalmente, la enfermedad puede ser causada por algún agente externo al organismo, tal como un producto químico que es un agente tóxico. En este caso, la enfermedad no es transmisible; es decir, afecta sólo al organismo individual expuesto a él. El agente externo puede ser en sí mismo un organismo vivo capaz de multiplicarse dentro del huésped y posteriormente infectar otros organismos; en este caso se dice que la enfermedad es transmisible.

Cáncer de cerebro; Resonancia magnética (MRI)

Cáncer de cerebro; Resonancia magnética (MRI)
Una imagen, producida por resonancia magnética (MRI), de un cerebro humano afectado por el cáncer. El área azul brillante indica que el cáncer se diseminó hasta el lóbulo occipital (abajo a la derecha).

Las enfermedades no transmisibles que surgen de anomalías genéticas heredadas a menudo dejan a un individuo mal equipado para sobrevivir sin algún tipo de tratamiento. Los ejemplos de enfermedad hereditaria incluyen fibrosis quística, síndrome de Down, y errores innatos del metabolismo, que están presentes en el nacimiento. Ejemplos de enfermedades hereditarias que emergen en la edad adulta incluyen la enfermedad de Huntington y ciertas formas de cáncer (por ejemplo, cáncer de mama familiar que implica mutaciones heredadas en cualquiera de los genes BRCA1 o BRCA2).

Defectos metabólicos

Los defectos metabólicos ofrecen una visión útil para comprender el impacto de la enfermedad no transmisible sobre la función del cuerpo humano. En los seres humanos, por ejemplo, la falta de una enzima conocida como fenilalanina hidroxilasa, que es necesaria para el metabolismo del aminoácido común fenilalanina, conduce a la enfermedad fenilcetonuria (PKU), que aparece a las pocas semanas de edad y, si no a menudo se asocia con el inicio de la discapacidad intelectual. Otros defectos metabólicos pueden hacer su aparición sólo relativamente tarde en la vida.

Ejemplos de esta situación son las enfermedades de la gota y la diabetes tipo 2 (de aparición tardía o de tipo adulto). La gota resulta de una acumulación dentro de los tejidos del ácido úrico, un producto final del metabolismo del ácido nucleico. La diabetes de aparición tardía es el resultado de una disminución de la liberación de insulina por parte del páncreas y una reducción de la capacidad de respuesta de los tejidos corporales a la insulina que conduce a la incapacidad de metabolizar adecuadamente los azúcares y las grasas.

Fenilcetonuria La sangre de un niño de dos semanas de edad

Fenilcetonuria
La sangre de un niño de dos semanas de edad se recoge para una detección de fenilcetonuria.

Alternativamente, la falla metabólica puede estar asociada con el envejecimiento y el deterioro concomitante de los mecanismos de control, como en la pérdida de calcio del hueso en la condición conocida como osteoporosis. Que estas enfermedades metabólicas de desarrollo tardío también tienen una base genética -es decir, que hay una tendencia heredada al desarrollo de las fallas metabólicas involucradas- parece ser definitivamente el caso en algunos casos, pero permanece incompletamente entendido o incierto en otros.

Peligros ambientales

Las anomalías metabólicas también pueden deberse a los efectos de factores ambientales externos, una relación que ha sido sugerida por el aparente confinamiento de ciertas enfermedades a áreas geográficas delimitadas. Ejemplos notables son el bocio y el esmalte moteado de los dientes en los seres humanos. El desarrollo del bocio es atribuible a la deficiencia de yodo en la dieta, lo que conduce a un crecimiento compensatorio de la glándula tiroides en un esfuerzo vano para superar la deficiencia. La enfermedad tiende a ocurrir en áreas del interior donde el consumo de los mariscos es mínimo y la suplementación dietética del yodo-a través de artículos tales como sal de mesa-no ocurre. Mottled esmalte de los dientes resulta del consumo de cantidades excesivas de fluoruro, por lo general en los suministros de agua. Por el contrario, la caries dental (caries dental) se encuentra en mayor medida en las zonas en las que el suministro de agua son deficientes en fluoruro.

Mujer con un bocio.

Mujer con un bocio.

Condiciones análogas en animales domésticos herbívoros resultan de deficiencias en oligoelementos, como el zinc y el selenio, en el suelo de los pastos y, por tanto, también en las plantas que componen la dieta. Del mismo modo, el crecimiento de la planta sufre de deficiencias en el suelo de elementos esenciales, particularmente nitrógeno, potasio y fósforo. Estas condiciones pueden ser corregidas añadiendo sales a las dietas de animales domesticados y aplicando fertilizantes al suelo.

También existen enfermedades que resultan de sustancias tóxicas añadidas al medio ambiente en cantidades suficientes para producir síntomas de mayor o menor gravedad. Aunque los trastornos humanos de esta naturaleza son más conocidos, los efectos adversos de tal contaminación del medio ambiente ocurren también en plantas y animales. Los problemas causados ​​por los agentes tóxicos ambientales son en gran parte, si no enteramente, antropogénicos. Las enfermedades ocupacionales, por ejemplo, están asociadas con factores que están presentes en el entorno de trabajo o que se encuentran en el curso del trabajo.

Ejemplos de enfermedades profesionales incluyen asbestosis, silicosis y bisinosis, que afectan el tracto respiratorio y que son causadas por inhalación de, respectivamente, amianto, sílice y polvo de algodón. También es importante en este aspecto el envenenamiento por metales, particularmente el mercurio, el plomo o el arsénico; envenenamiento con disolventes utilizados en procesos industriales; y la exposición a la radiación ionizante. De mayor importancia para la población en general son las enfermedades que resultan de la exposición a insecticidas y contaminantes atmosféricos. Estas enfermedades usualmente, aunque no invariablemente, son de naturaleza crónica; requieren una exposición prolongada al agente nocivo y se desarrollan lentamente. Las enfermedades ambientales de todo tipo, sin embargo, también pueden predisponer al individuo a otras enfermedades; por ejemplo, las enfermedades respiratorias como la silicosis hacen al enfermo más susceptible a la tuberculosis.

Neumoconiosis

Neumoconiosis
Una micrografía de asbestosis mostrando cuerpos ferruginosos (varillas de color óxido). La asbestosis es un tipo de neumoconiosis.

Enfermedades transmisibles o contagiosas


Las enfermedades transmisibles o contagiosas son las transmitidas de un organismo a otro. Las enfermedades infecciosas son enfermedades causadas en el hospedador por infección con microorganismos vivos, y por lo tanto replicantes, tales como parásitos animales, bacterias, hongos o virus. Prácticamente, estas dos clases de enfermedades son las mismas, porque las enfermedades infecciosas generalmente son transmisibles o transmisibles de un huésped a otro, y el agente causante, por lo tanto, se disemina, directa o indirectamente, a través de la población huésped. Tal propagación es un fenómeno ecológico, siendo el huésped el medio ambiente en el que vive el parásito; la complejidad surge cuando el parásito ocurre en más de una especie huésped.

Las enfermedades infecciosas son una de las principales causas de muerte en niños y jóvenes adultos en todo el mundo. Las infecciones de las vías respiratorias inferiores, las enfermedades diarreicas y la tuberculosis están entre los tipos más comunes y mortales de enfermedades infecciosas. Sin embargo, desde la última parte del siglo XX, las tasas de mortalidad por enfermedades infecciosas han disminuido considerablemente, debido al aumento de la vacunación y otros métodos de prevención de enfermedades y debido a mejoras en el tratamiento y en el control de la propagación de la enfermedad. Entre los progresos notables se incluyeron la casi eliminación de la poliomielitis del mundo a comienzos de los años 2000 y la disminución sustancial de las muertes relacionadas con el SIDA para el año 2015. Como resultado, en la segunda década del siglo XXI, muchas enfermedades infecciosas, sustituidos por las enfermedades no transmisibles de la edad adulta.

Vacuna contra la polio

Vacuna contra la polio
Un trabajador de la salud que da una vacuna contra la polio a un niño en el estado de Katsina, Nigeria, 2014.

Relaciones huésped-parásito

En el contexto de la enfermedad transmisible, la relación huésped-parásito debe considerarse no sólo con respecto a la interacción huésped-parásito individual, sino también en cuanto a la interrelación entre las poblaciones huésped y parásita, así como las de cualquier otra especie huésped implicada . La mayoría de las bacterias patógenas son parásitos obligados; es decir, se encuentran sólo en asociación con sus anfitriones. Algunos, como los estafilococos y los estreptococos, pueden proliferar fuera del cuerpo del huésped en materiales nutritivos infectados de fuentes del huésped. Dentro de los tejidos del huésped, estos organismos establecen infecciones locales que se propagan por todo el cuerpo. Otras bacterias, como el bacilo del mormo (Burkholderia mallei) y los gonococos, los meningococos y los neumococos, son parásitos más adaptados, capaces de multiplicarse fuera del cuerpo del huésped sólo en las condiciones artificiales del laboratorio. Todos estos microorganismos tienen estructuras celulares completas y capacidades metabólicas.

ciclo de vida de un parásito de la malaria

Malaria: ciclo de vida de un parásito de la malaria

Un mayor grado de dependencia en el huésped se demuestra por rickettsiae y virus. Rickettsiae son microorganismos que tienen la estructura celular de las bacterias. Presentan un pequeño grado de actividad metabólica fuera de las células, pero no pueden crecer en ausencia de tejido huésped. El último en el parasitismo, sin embargo, es el de los virus, que no tienen estructura celular convencional y consisten solamente en un ácido nucleico (ya sea ADN o ARN) envuelto en un revestimiento proteico protector. Los virus son parásitos intracelulares obligatorios, capaces de multiplicarse sólo dentro de las células del huésped, y no tienen actividad metabólica independiente propia. La información genética que dirige la síntesis de materiales virales y ciertas enzimas entra en la célula huésped, parasita sus procesos químicos y los dirige hacia la síntesis de nuevos elementos víricos.

Tifus epidémico; Rickettsia prowazekii

Tifus epidémico; Rickettsia prowazekii
La micrografía electrónica de barrido de color de la bacteria Rickettsia prowazekii, que causa tifus epidémico y típicamente es transmitida a los seres humanos por ciertos artrópodos, particularmente el piojo del cuerpo.

Estos diversos grados de parasitismo sugieren que la relación huésped-parásito está sujeta a un cambio evolutivo continuo. La adaptación del microorganismo a su existencia parasitaria, en este sentido, se acompaña de una pérdida progresiva de la capacidad metabólica, con eventual dependencia fisiológica completa del parásito en el huésped.

Especificidad del parásito

La condición de parasitismo obligatorio se asocia con un grado de especificidad del parásito con respecto al huésped; es decir, el parásito generalmente está más estrechamente adaptado a una especie de huésped que a todos los demás. Los microorganismos adaptados a los hospederos de las plantas, con muy pocas excepciones, son incapaces de infectar huéspedes animales y, por el contrario, los microorganismos parásitos de los animales rara vez ocurren en las plantas. Un número de especies huésped puede ser susceptible a la infección con un parásito dado, y el patrón de susceptibilidad del huésped no necesita corresponder con las relaciones taxonómicas, incluyendo huéspedes que varían tan ampliamente como vertebrados e invertebrados.

La capacidad de producir enfermedades mortales consistentes en un huésped suele ser de valor de supervivencia negativo para el parásito, ya que es muy probable que elimine rápidamente todos los huéspedes disponibles. En consonancia con esto, existe una tendencia a que la enfermedad resultante de la infección sea menos grave cuando la adaptación del parásito al huésped se ha aproximado. Se ha observado un cambio en la severidad de una enfermedad, presumiblemente resultante de la adaptación, en el caso del espiroqueta que causa la sífilis, siendo la enfermedad en humanos menos severa hoy que en el siglo XVI. Sin embargo, estudios ecológicos del parasitismo indican que es incorrecto suponer que todas las relaciones huésped-parásito evolucionarán hacia un antagonismo reducido y que un estado de enfermedad resultante eventualmente será mejorado. (Para más información vea la ecología de la comunidad.)

La enfermedad producida en especies hospedadoras relacionadas puede ser más suave o más severa que en el huésped definitivo. En ciertos casos, la adaptación es tan estrecha que el parásito es incapaz de infectar a otros huéspedes en condiciones naturales; esto es cierto para muchos microorganismos que producen enfermedades en los seres humanos. Por otro lado, puede producirse una infección natural de huéspedes secundarios, lo que conduce a una enfermedad grave o mortal. La rabia, por ejemplo, es una enfermedad mortal en casi todos los huéspedes animales. En algunas especies, como el murciélago, sin embargo, el virus puede persistir durante largos períodos como una infección asintomática.

Resistencia del huésped

La especificidad de los microorganismos patógenos con respecto a sus huéspedes es una expresión no sólo de las diferencias en el carácter microbiano, sino también de la diferente resistencia del huésped. La capacidad de un microorganismo para producir enfermedad se puede evaluar solamente en términos de la reacción del huésped, y, a la inversa, la resistencia o inmunidad del huésped puede ser juzgada solamente con respecto a su efecto sobre el microorganismo. En resumen, los dos son sólo facetas diferentes del mismo fenómeno, y cualquiera puede ser evaluado manteniendo la otra constante y variándola.

Comúnmente, por ejemplo, la virulencia de un agente infeccioso se determina experimentalmente inoculando grupos de huéspedes con dosis graduadas del agente y determinando, por interpolación, la dosis que produce una reacción típica en el 50 por ciento de los individuos huésped inoculados. Esta dosis se denomina dosis efectiva media, o ED50. Se relaciona de manera inversa con la virulencia y de manera directa con la resistencia. En otras palabras, en un huésped dado, cuanto mayor es la ED50, menos virulento es el organismo infeccioso; o, con un microorganismo de virulencia conocida, cuanto mayor es la ED50 con el huésped al que se somete a prueba, mayor es la resistencia de ese huésped en particular. Habitualmente, en diferentes especies huésped, la resistencia se expresa como un aumento o disminución de n veces (con n igual a un número entero) en la ED50 sobre la de la especie huésped normal.

Este tipo de ensayo es posible debido a que tanto la virulencia como la resistencia tienden a producirse en distribuciones de frecuencia aproximadamente normales o en forma de campana; es decir, la mayoría de los miembros de las poblaciones huésped y microorganismo ocupan una posición central con respecto a estas propiedades, individuos excepcionales que aparecen en ambos extremos. Con referencia a la resistencia del huésped, esto explica la incidencia variada de la enfermedad en una población huésped expuesta a una dosis estadísticamente constante del agente infeccioso.

En la mayoría de las consideraciones prácticas, la dosis es sólo estadísticamente constante, ya que varía mucho de un huésped a otro dependiendo de las circunstancias relacionadas con la transferencia del agente infeccioso. Sin embargo, la variación individual en la resistencia del huésped a la infección se debe a más de un mero número de agentes infecciosos encontrados; también resulta de factores innatos en el organismo huésped individual. En cualquier caso, la variación en la resistencia del huésped significa que no todos los individuos que constituyen una población esencialmente susceptible a la infección con agentes infecciosos recién aparecidos contraerán la enfermedad en la primera exposición.

Infección aparente e inaparente

Debido a que la infección no es un asunto de todo o nada, la variación individual en la resistencia a la enfermedad también da lugar a diferentes grados de reacción al agente infeccioso; es decir, el resultado de la interacción del huésped y el parásito es variable en cada caso individual. Algunos individuos muestran síntomas típicos de la enfermedad, y la infección es fácilmente reconocida. Otros, con mayor resistencia, presentan síntomas de la enfermedad sólo en forma leve o atípica, y la infección en estos individuos puede no ser claramente reconocible. Aún otros organismos huésped se infectan con el parásito invasor pero no muestran síntomas de la enfermedad. Por lo tanto, hay que distinguir entre la infección y la enfermedad, la primera ocurriendo en ocasiones sin ningún signo de ésta. Puede haber, por supuesto, ninguna cosa tal como infecciones totalmente asintomáticas. Lo que se considera tal puede ser, de hecho, sólo aquellas infecciones con síntomas que ocurren bajo el nivel de observación. No obstante, tales infecciones no aparentes, o estados "portadores", existen claramente y sirven para transmitir la infección a huéspedes susceptibles.

La consecuencia manifiesta de la infección de una población huésped de resistencia relativamente alta es la aparición esporádica de casos de enfermedad y una proporción alta de portador-caso. En otras palabras, la infección es ampliamente prevalente en la población de acogida en forma asintomática y los casos de enfermedad relativamente raros observados representan los pocos muy susceptibles en la población huésped que constituyen un extremo de la curva de distribución de frecuencia en forma de campana. Ejemplos de enfermedades humanas de este tipo son la poliomielitis, la meningitis meningocócica y el cólera.

Neisseria meningitidis, la causa de la meningitis meningocócica.

Neisseria meningitidis, la causa de la meningitis meningocócica.

Este tipo de irregularidad en la aparición de casos de enfermedad tiende a ocurrir en poblaciones de acogida de alta, pero no demasiado alta, resistencia al agente infeccioso. Si la resistencia del huésped es demasiado alta o demasiado baja, la enfermedad desaparecerá: en el primer caso, porque el agente infeccioso es incapaz de mantenerse y, en el segundo, porque elimina el huésped. Una de las ilustraciones más conocidas de la importancia de la resistencia relativa del huésped a la supervivencia del parásito es la del bacilo de la peste (Yersinia pestis). La peste es principalmente una enfermedad de roedores y persiste como focos de infección en estos huéspedes. La rata negra (Rattus rattus) y la rata noruega (R. norvegicus) se asocian comúnmente con la peste pero son demasiado susceptibles para permitir su persistencia; es decir, el huésped es destruido. Sin embargo, la infección persiste en roedores salvajes relativamente resistentes.

Yersinia pestis

Yersinia pestis
Una imagen microscópica muestra Yersinia pestis, la bacteria que causa la peste.

Herencia de resistencia

Que existe un control genético de la resistencia es sugerido por el mero hecho de la especificidad del huésped, y tal control ha sido demostrado ampliamente por los estudios experimentales tanto en animales de plantas como animales. Las primeras, por ejemplo, tuvieron amplia aplicación práctica en el desarrollo, mediante la cría selectiva, de cepas y razas de plantas de importancia económica, especialmente granos, que son resistentes a una amplia variedad de enfermedades vegetales.

En general, la resistencia desarrollada por la cría selectiva es sólo parcialmente específica; es decir, la resistencia observada a la infección con microorganismos patógenos, ya las toxinas de tales organismos, se manifiesta hacia grupos de microorganismos relacionados que producen enfermedades similares, no a organismos aislados solos. Aunque la resistencia a la enfermedad se ha encontrado en algunos casos para ser una función de un solo gen, en la mayoría de los casos varios genes están implicados.

Durante muchos años ha habido un interés considerable en la posibilidad de diferencias en la resistencia a las enfermedades asociadas con las diferentes poblaciones humanas. Si bien las diferencias marcadas en la morbilidad y la mortalidad ocurren entre los blancos y los no blancos en los Estados Unidos, por ejemplo, a menudo es difícil descartar las diferencias en la exposición a la infección, los factores socioeconómicos y la aplicación diferencial de medidas preventivas y terapéuticas en su contabilización. Sin embargo, hay indicios fragmentarios de que puede haber suficiente segregación genética entre las razas para dar lugar a diferencias en la resistencia a ciertas enfermedades.

Epidemiología

La interacción de las poblaciones huésped y parásita constituye el tema de la epidemiología (el término es más inclusivo que lo sugerido por su relación con la palabra epidemia). En la mayoría de los casos, la epidemiología de las enfermedades infecciosas es característica de esa enfermedad y es una consecuencia de las propiedades biológicas del parásito y el huésped, incluyendo la especificidad del huésped y el comportamiento de las especies huésped como poblaciones.

Aparte de los microorganismos saprofíticos que ocasionalmente producen la enfermedad, la mayoría de los microorganismos patógenos se adaptan suficientemente cerca de sus huéspedes que no pueden competir con éxito en el ambiente físico, químico y biológico fuera de los tejidos del anfitrión. Excepciones a esta generalización ocurren en los casos de microorganismos con historias de vida que incluyen un estadio resistente de esporas. Esto ocurre con varios hongos responsables de enfermedades de las plantas, así como ciertos parásitos de animales. Entre estos últimos se encuentran especies del hongo Coccidioides, que infectan tanto a roedores como a seres humanos (produciendo fiebre del desierto en el segundo), y el bacilo del ántrax, que causa enfermedades en ganado vacuno, ovejas y otros animales domesticados. Una enfermedad de los animales que se puede transmitir a los seres humanos se llama una zoonosis.

La supervivencia del parásito requiere ordinariamente que se transmita más o menos directamente de un organismo huésped infectado a uno susceptible. La ruta precisa de la infección es a menudo de importancia primordial, con algunos microorganismos que requieren acceso directo al tejido interno, algunos que pueden iniciar la infección en las membranas mucosas de la nariz y la garganta, y otros capaces de establecer infecciones primarias en el tracto intestinal. Estos modos particulares de infección generalmente ocurren por medio de, respectivamente, insectos mordedores, tos y estornudos, y contaminación de alimentos y agua.

La aparición de un parásito en más de una especie huésped puede afectar notablemente su carácter epidemiológico; puede persistir, por ejemplo, en uno u otro de sus huéspedes como un reservorio de la infección, saliendo adelante para encontrar el anfitrión alterno solamente ocasionalmente. Es bastante común encontrar la transmisión de un parásito de un vertebrado o huésped de la planta a otro que ocurre por medio de un insecto portador o vector. A menudo los parásitos animales tienen huéspedes intermedios en los cuales ocurren una o más fases de su ciclo de vida; esto resulta en una secuencia obligatoria de huéspedes en la historia de vida del parásito.

on la enfermedad esquistosomiasis en seres humanos, por ejemplo, los capullos de sangre responsables de la enfermedad (especie de Schistosoma) pasan una fase de su vida larvaria en caracoles. En tales circunstancias, y no son infrecuentes, la diseminación del parásito en una población huésped depende no sólo de la interacción de la población de parásitos con la de la población huésped sino también de la interacción de la población huésped intermedia o vector con ambos parásito y poblaciones de acogida.

Estas interrelaciones pueden ser la base de las diferencias geográficas y estacionales en la incidencia de la enfermedad. Una enfermedad transmitida por insectos transmitida de una especie huésped a otra requiere la presencia simultánea de las tres poblaciones en número suficiente para su diseminación. Tal circunstancia puede ser fuertemente limitada por la localización y la estación.

Los patrones de comportamiento de las poblaciones de acogida a menudo tienen un gran efecto sobre la transmisión de agentes infecciosos. La aglomeración, por ejemplo, facilita la propagación de la infección. La tuberculosis bovina es en gran parte una enfermedad del ganado domesticado en los graneros y la incidencia de las enfermedades humanas en la infancia es menor en las poblaciones urbanas que en las rurales, lo que sugiere que en el medio urbano más concurrido los niños están expuestos a enfermedades a una edad más temprana.

Cuando una enfermedad es prevalente en un área durante largos períodos de tiempo, se considera que es endémica en esa área. Cuando la prevalencia de la enfermedad está sujeta a grandes fluctuaciones en el tiempo, se considera epidémica durante los períodos de alta prevalencia. Las epidemias que prevalecen sobre áreas geográficas extensas se llaman pandemias.

La prevalencia epidémica de la enfermedad ocurre en una ola, el número de casos sube a un pico y después declina. El período de aumento ocurre cuando cada caso da lugar a más de un caso adicional, es decir, cuando la población de parásitos está creciendo más rápidamente que la población de acogida. El descenso se produce cuando cada caso da lugar a menos de un caso nuevo, es decir, cuando la población de parásitos comienza a morir debido a que sólo se encuentra con individuos inmunes entre la población de acogida. El aumento y la disminución de la prevalencia epidémica de una enfermedad es un fenómeno de probabilidad, siendo la probabilidad de que se transfiera una dosis efectiva del agente infeccioso del individuo infectado a uno susceptible. Después de que la onda epidémica haya disminuido, la población de acogida afectada contiene una proporción tan pequeña de individuos susceptibles que la reintroducción de la infección no dará lugar a una nueva epidemia. Debido a que la población de parásitos no puede reproducirse en esta población de acogida, toda la población huésped es inmune a la enfermedad epidémica, un fenómeno conocido como inmunidad de rebaño.

Después de tal epidemia, sin embargo, la población de acogida inmediatamente tiende a volver a una condición de susceptibilidad debido a (1) el deterioro de la inmunidad individual, (2) la eliminación de individuos inmunes por la muerte, y (3) la afluencia de individuos susceptibles por nacimiento. Con el tiempo, la población en su conjunto vuelve a alcanzar el punto en el que es susceptible a enfermedades epidémicas. Este patrón de aumento y disminución de la inmunidad del rebaño explica por qué las enfermedades epidémicas tienden a ocurrir en ondas, es decir, exhiben una periodicidad en la prevalencia. El tiempo que transcurre entre los picos epidémicos sucesivos es variable y difiere de una enfermedad a otra.

Inmunidad

Los seres humanos y todos los demás vertebrados reaccionan ante la presencia de parásitos dentro de sus tejidos mediante mecanismos inmunitarios de los que existen dos tipos: inmunidad inespecífica, innata e inmunidad adquirida específica. La inmunidad innata, con la que nace un organismo, involucra factores protectores, como el interferón, y células, tales como macrófagos, granulocitos y células asesinas naturales, y su acción no depende de la exposición previa a un patógeno. La inmunidad específica se adquiere durante la vida del organismo e implica la activación de glóbulos blancos (linfocitos B y T), que distinguen y reaccionan a sustancias extrañas. Los linfocitos B (o células B) operan produciendo anticuerpos, proteínas que neutralizan moléculas extrañas (antígenos), mientras que los linfocitos T (o células T) atacan directamente a los invasores. Muchas respuestas inmunes, sin embargo, implican ambos mecanismos.

Célula T humana; linfocitos T humanos

Célula T humana; linfocitos T humanos
Micrografía electrónica de barrido de una célula T (linfocito T) del sistema inmunológico de una persona sana.

Aunque la respuesta inmune es principalmente de naturaleza defensiva, puede contribuir en algunos casos a la patogénesis de la enfermedad. En la fiebre reumática, por ejemplo, la sensibilidad a los antígenos del agente causal del estreptococo, que reacciona de forma cruzada con los antígenos del tejido huésped, está asociada con el progreso y los aspectos adversos de la enfermedad. La respuesta inmune a diversas sustancias ambientales, tales como pólenes de plantas y fármacos quimioterapéuticos, también es responsable de las enfermedades agrupadas bajo el jefe general de alergias. La respuesta inmune en sí misma puede llegar a ser deficiente en enfermedades humanas que implican células blancas, tales como mieloma múltiple, macroglobulinemia, linfoma de Hodgkin y leucemia linfocítica crónica. Tales respuestas inmunes disminuidas parecen ser de menor importancia para el curso de estas enfermedades. Sin embargo, cuando la enfermedad es suficientemente grave y prolongada, puede aumentar el riesgo de infecciones oportunistas, que pueden ser fatales.

Las enfermedades autoinmunes son una categoría única de la enfermedad, que se caracteriza por una respuesta inmune a los componentes antigénicos del propio huésped (autoantígenos). Ejemplos de enfermedades autoinmunes incluyen artritis reumatoide y lupus eritematoso sistémico. (Para una explicación más detallada de la función inmune y la autoinmunidad, vea el sistema inmunológico.)

Control de la enfermedad


Prevención


La mayoría de las enfermedades son evitables en mayor o menor grado, las principales excepciones son las enfermedades idiopáticas, como los defectos metabólicos heredados. En el caso de aquellas enfermedades resultantes de exposiciones ambientales, la prevención es una cuestión de eliminar o de reducir drásticamente los factores responsables en el medio ambiente. Debido a que las sustancias químicas y otras sustancias y materiales se originan en gran parte de las actividades humanas, la prevención debe ser una simple cuestión de la aplicación de principios bien establecidos de higiene industrial. En la práctica, sin embargo, esto es a menudo difícil de lograr.

Las enfermedades infecciosas se pueden prevenir de dos maneras generales: (1) evitando el contacto, y por lo tanto la transmisión de la infección, entre el huésped susceptible y la fuente de infección y (2) haciendo inestable el huésped, ya sea mediante reproducción selectiva o por inducción de una inmunidad artificial efectiva. La naturaleza de las medidas preventivas específicas, y su eficacia, varía de una enfermedad a otra.

La cuarentena, que es un método eficaz para prevenir la transmisión de enfermedades en principio, ha tenido un éxito limitado en la práctica. Sólo en algunos casos la cuarentena ha logrado la prevención de la propagación de la enfermedad a través de las fronteras internacionales, y la cuarentena de los casos individuales de enfermedades humanas ha sido abandonado por mucho tiempo como ineficaz.

No ha sido posible prevenir eficazmente la diseminación de enfermedades transmitidas por el aire, en particular enfermedades fúngicas transmitidas por el aire de plantas y enfermedades humanas de las vías respiratorias superiores. Tampoco es controlable la enfermedad por la eliminación de depósitos de infección, como los que ocurren en animales salvajes. Hay, sin embargo, ciertas excepciones en las que el reservorio de la infección puede reducirse considerablemente. Por ejemplo, la quimioterapia de la tuberculosis humana puede hacer que los casos individuales no sean infecciosos. El sacrificio de ganado infectado puede reducir la incidencia de la tuberculosis bovina, mientras que el sacrificio de aves de corral puede reducir la incidencia de la gripe aviar.

Cuando la infección se transmite de forma menos directa, a través de la acción de vectores vivos o vehículos inanimados, a menudo es posible romper uno o más de los enlaces que conectan el huésped susceptible con la fuente de infección. El paludismo puede ser controlado efectivamente mediante la eliminación del mosquito vector, y el tifus transmitido por piojos en los seres humanos puede ser regulado por métodos de desinfestación. Del mismo modo, las enfermedades propagadas en forma epidémica a través del agua o la leche son controladas por medidas como la cloración de los suministros públicos de agua y la pasteurización de la leche.

La inmunización contra ciertas enfermedades proporciona inmunidad y puede utilizarse en estos casos, particularmente cuando otros métodos de control son poco prácticos o ineficaces. La inmunización masiva de niños en sus primeros años ha sido altamente efectiva en el control de la difteria, la viruela, la poliomielitis y el sarampión. Además, la inmunización contra la hepatitis B de niños en todo el mundo ha ayudado a controlar la propagación de este virus altamente infeccioso, y la inmunización de las niñas contra el virus del papiloma humano se espera que reduzca la incidencia futura de cáncer de cuello uterino. Bajo circunstancias especiales, como en ciertas poblaciones militares, se ha podido controlar con agentes profilácticos medicinales la propagación de enfermedades para las que no se han desarrollado vacunas eficaces.

Inmunización; vacunación

Inmunización; vacunación
Una enfermera que administra una vacuna mediante inyección intramuscular en el músculo del hombro izquierdo de un niño de 13 años mientras su madre lo mira.

Tratamiento


El tratamiento de la enfermedad en el individuo afectado es doble en naturaleza, dirigido (1) hacia la restauración de un estado fisiológico normal y (2) hacia la eliminación del agente causal. El organismo enfermo en sí desempeña un papel activo en ambos aspectos, teniendo la capacidad de proliferación tisular para reemplazar el tejido dañado y rodear y separar el agente nocivo, así como mecanismos de defensa y destoxificación que eliminan el agente causal y sus productos o los hacen inofensivo. Terapia de la enfermedad suplementos y refuerza estos mecanismos naturales de defensa.

A veces también se pueden corregir fallas metabólicas -por ejemplo, mediante el uso de insulina en el tratamiento y control de la diabetes mellitus-, pero con más frecuencia no existen medidas terapéuticas específicas para las enfermedades idiopáticas. Los avances en la terapia génica y la edición de genes, sin embargo, pueden permitir la corrección de genes defectuosos que resultan en la enfermedad.

Cuando la enfermedad es producida por factores ambientales, comúnmente no hay tratamiento específico; sólo la eliminación del individuo afectado de la exposición al agente generalmente permite que las respuestas normales de desintoxicación tomen el relevo. Una vez más, hay excepciones notables, como en el tratamiento del envenenamiento por plomo con ácido etilendiaminotetraacético (EDTA), un agente que forma complejos con el plomo que luego son excretados por el riñón.

El tratamiento de las enfermedades infecciosas es más efectivo en general; asume varias formas diferentes. El tratamiento de la difteria con antitoxina, por ejemplo, neutraliza la toxina formada por los microorganismos, y los mecanismos de defensa del huésped liberan entonces el cuerpo de los microorganismos causantes. En otras enfermedades, el tratamiento es sintomático en el sentido de restaurar la función normal del cuerpo. Un ejemplo destacado de esto es el cólera, en el cual los síntomas de la enfermedad resultan de una pérdida masiva de fluidos y sales y de una acidosis metabólica; el tratamiento altamente eficaz consiste en restaurar el agua y las sales, incluidas estas últimas bicarbonatos o lactatos para combatir la acidosis.

Más frecuentemente, sin embargo, la terapia se dirige contra el microorganismo infectante mediante la administración de fármacos tales como sulfonamidas o antibióticos. Mientras que algunas de estas sustancias matan a los microorganismos, otras no, y en su lugar inhiben la proliferación del microorganismo y dan a las defensas del huésped la oportunidad de funcionar eficazmente. Para otras enfermedades infecciosas no hay terapia específica. Existen, por ejemplo, muy pocos agentes quimioterapéuticos antivirales; el tratamiento de las enfermedades virales se dirige principalmente hacia el alivio de la incomodidad y el dolor, y la recuperación, si se produce, es en gran medida una cuestión de una respuesta inmune celular eficaz montada contra el virus invasor por el huésped.

Crecimiento biológico: tipos de crecimiento, factores que regulan el crecimiento

Crecimiento en biología. El proceso de crecimiento: tipos de crecimiento, crecimiento normal y anormal. Factores ambientales e internos que regulan el crecimiento. La dinámica del crecimiento.

El Crecimiento en biología se refiere al aumento o los aumentos en el tamaño de las células y el número que tienen lugar durante la historia de vida de un organismo.

El proceso de crecimiento


El crecimiento rara vez es al azar. Por el contrario, se produce de acuerdo con un plan que finalmente determina el tamaño y la forma del individuo. El crecimiento puede estar restringido a regiones especiales del organismo, tales como las capas de células que se dividen y aumentan de tamaño cerca de la punta del brote de la planta. O las células comprometidas en el crecimiento pueden estar ampliamente distribuidas en todo el cuerpo del organismo, como en el embrión humano.

En este último caso, las tasas de división celular y del aumento en el tamaño de las células difieren en diferentes partes. Que el patrón de crecimiento es predeterminado y regular en las plantas y los animales se puede ver en las formas de los adultos. En algunos organismos, sin embargo, notablemente los moldes de limo, no se produce un patrón regular de crecimiento, y una masa citoplasmática sin forma es el resultado.

La tasa de crecimiento de diversos componentes de un organismo puede tener importantes consecuencias en su capacidad de adaptación al medio ambiente y, por lo tanto, puede desempeñar un papel en la evolución. Por ejemplo, un aumento en la tasa de crecimiento de las partes carnosas de la aleta de pescado proporcionaría una oportunidad para que el pez se adapte más fácilmente a la vida locomotora terrestre que un pez sin esta aleta modificada. Sin un crecimiento desproporcionado de la aleta-en última instancia resultante de cambios aleatorios en el material genético (mutaciones) -la evolución de los miembros a través de la selección natural podría haber sido imposible.

Etapa de crecimiento. Varias etapas de crecimiento de la oruga de la polilla del emperador

Etapa de crecimiento. Varias etapas de crecimiento de la oruga de la polilla del emperador (Opodiphthera eucalypti).

Tipos de crecimiento


En células

El aumento de tamaño y los cambios en la forma de un organismo en desarrollo dependen del aumento en el número y el tamaño de las células que componen el individuo. El aumento en el número de células se produce por un mecanismo de reproducción celular preciso llamado mitosis. Durante la mitosis los cromosomas que llevan el material genético se reproducen en el núcleo, y luego los cromosomas dobles se distribuyen con precisión a las dos células hijas, una de cada tipo cromosómico va a cada célula hija. Cada extremo de la célula divisoria recibe un conjunto completo de cromosomas antes de que los extremos se separen. En las células animales se trata de un pellizco (citocinesis) de la membrana celular; En las células vegetales se forma una nueva pared de celulosa entre las nuevas células.

Durante el período de vida de la célula anterior a la distribución real de los cromosomas, la célula madre a menudo crece hasta el doble de su tamaño original. Por lo tanto, se establece un ciclo que consiste en el crecimiento celular y la división celular. El crecimiento celular -un aumento en la masa citoplasmática, el número de cromosomas y la superficie celular- es seguido por la división celular, en la que la masa citoplasmática y los cromosomas se distribuyen a las células hijas. Sin embargo, un aumento en la masa citoplasmática no siempre ocurre durante los ciclos de división celular. Durante el desarrollo temprano de un embrión, por ejemplo, el óvulo original, generalmente una célula muy grande, experimenta repetidas series de divisiones celulares sin ningún período de crecimiento intermedio; Como resultado, la célula de huevo original se divide en miles de pequeñas células. Sólo después de que el embrión pueda obtener alimento de su medio ambiente se produce el patrón habitual de crecimiento y mitosis.

En las plantas

El hecho de que la mayoría de las células vegetales sufren un aumento de tamaño extenso no acompañado por la división celular es una distinción importante entre el crecimiento en plantas y en animales. Las células de la hija que surgen de la división celular detrás de la punta de la raíz de la planta o brote pueden experimentar grandes aumentos de volumen. Esto se logra mediante la captación de agua por las células; El agua se almacena en una cavidad central llamada vacuola. La ingesta de agua produce una presión que, en combinación con otros factores, empuja las paredes celulósicas de las células vegetales, aumentando así la longitud, la circunferencia y la rigidez (turgencia) de las células y la planta. En las plantas, gran parte del aumento de tamaño ocurre después de la división celular y resulta principalmente de un aumento en el contenido de agua de las células sin mucho aumento en peso seco.

El muy joven embrión de plantas en desarrollo tiene muchas células distribuidas a lo largo de su masa que sufren el ciclo de crecimiento y división celular. Tan pronto como se establecen las posiciones de la punta de la raíz, la punta del brote y las hojas embrionarias, el potencial de división celular se restringe a las células en ciertas regiones llamadas meristemas. Un centro meristemático se encuentra justo debajo de la superficie de la raíz creciente; Todos los aumentos en el número de células de la raíz primaria se producen en este punto.

Algunas de las células hijas permanecen en la punta alargada y continúan dividiéndose. Otras células hijas, que quedan atrás en la raíz, sufren el aumento de longitud que permite que la nueva raíz empuje más profundo en el suelo. El mismo plan general es evidente en el brote en crecimiento de plantas superiores, en el que una región meristemática restringida en la punta es responsable de la formación de las células de las hojas y el tallo; La elongación celular ocurre detrás de este centro meristemático. La plántula joven desarrolla secundariamente células asociadas con las hebras vasculares del floema y los tejidos del xilema que llevan el agua a las hojas del suelo y el azúcar de las hojas al resto de la planta. Estas células pueden dividirse nuevamente, proporcionando un nuevo material celular para el desarrollo de una cubierta leñosa y para hilos vasculares más elaborados. Por lo tanto, el crecimiento de plantas superiores-es decir, aquellos aspectos que implican tanto el patrón de tallos, hojas y raíces como el aumento en volumen- proviene principalmente de la división celular en el meristema seguido por un aumento secundario de tamaño debido a la absorción de agua. Estas actividades ocurren durante todo el período de crecimiento de la planta.

En animales

El crecimiento de los animales es más limitado en el tiempo que el de las plantas, pero la división celular se distribuye más generalmente en todo el cuerpo del organismo. Aunque la tasa de división celular difiere en diferentes regiones, la capacidad de división celular está ampliamente distribuida en el embrión en desarrollo. El aumento del tamaño es rápido durante el período embrionario, continúa a un ritmo reducido en los juveniles, y después está ausente. La división celular y el aumento del tamaño continúan, sin embargo, incluso después de que el aumento en el tamaño total del cuerpo ya no ocurre. Debido a que estos eventos están equilibrados por la muerte celular, el aumento post-juvenil en el número de células es principalmente un fenómeno de reemplazo. El aumento de altura en los mamíferos está limitado por el cese de la división celular y la deposición ósea en los huesos largos. El largo período juvenil de crecimiento en los seres humanos es inusual, la mayoría de los animales más altos alcanzando el tamaño maduro poco después del final del desarrollo embrionario.

Algunos sistemas de órganos experimentan poca división celular y crecimiento después del nacimiento; Por ejemplo, todas las células germinales (precursores de los óvulos) de la hembra están formadas por el momento del nacimiento. Del mismo modo, todas las células nerviosas del cerebro se forman al final del período embrionario. El aumento adicional en el tamaño del sistema nervioso se produce por el crecimiento de las fibras nerviosas y la deposición de un material de aislamiento graso a lo largo de ellos. Aunque el aumento más grande en el tamaño de las células nerviosas ocurre, como en las células vegetales, después de la cesación de la división celular, la proliferación de las fibras nerviosas en animales representa un aumento real en la cantidad de citoplasma y superficie celular y no sólo una captación de agua.

Algunos órganos conservan el potencial para el crecimiento y la división celular a lo largo de la vida del animal. El hígado, por ejemplo, continúa formando nuevas células para reemplazar a los senescentes y moribundos. Aunque la división celular y el crecimiento se producen en todo el hígado, otros órganos tienen una población especial de células, llamadas células madre, que conservan la capacidad de división celular. Las células que producen los glóbulos rojos circulantes de la sangre de los mamíferos se encuentran sólo en la médula de los huesos largos. Forman una población permanente de células en división, reemplazando a los glóbulos rojos que mueren continuamente y desaparecen de la circulación.

Las tasas de crecimiento y división celular pueden variar ampliamente en diferentes partes del cuerpo. Este aumento diferencial de tamaño es un factor primordial en la definición de la forma de un organismo.

Crecimiento normal y anormal


Tumores

Cuando el crecimiento no está adecuadamente regulado, pueden producirse anomalías y tumores. Si el aumento en el número de células del hígado es anormal, por ejemplo, tumores del hígado, o hepatomas, puede resultar. De hecho, una característica de los tumores malignos, o cánceres, es la ausencia de los patrones de crecimiento y las tasas habituales. Las células de los tumores malignos, además de tener tasas de crecimiento anormales, tienen propiedades adhesivas alteradas, que les permiten separarse fácilmente del tumor; De esta manera las células pueden extenderse a otras partes del cuerpo (metástasis) y crecer en lugares inusuales.

Es el crecimiento de tumores en lugares distintos del órgano de origen que usualmente causa la muerte de un organismo. Los tumores pueden variar ampliamente en sus tasas de crecimiento. Pueden crecer muy rápidamente o tan lentamente que la tasa se aproxima a la de la división celular normal en los tejidos adultos. Los tumores no sólo se caracterizan por un aumento en la tasa de división celular sino también por patrones anormales de crecimiento. Las nuevas células formadas en el tumor no están organizadas e incorporadas a la estructura del órgano y pueden formar nódulos grandes. Estos crecimientos anormales pueden no presentar problemas médicos (por ejemplo, lunares) o pueden causar efectos desastrosos, como es el caso de la presión sobre el cerebro causada por una masa tumoral de la cubierta meníngea del cerebro.

Regeneración

No todos los tumores anormales son tumores. Si un árbol se quema parcialmente, las células debajo de la corteza producen una nueva cubierta para las hebras vasculares expuestas. El crecimiento puede no ser normal, y una evidente cicatriz o crecimiento de la nueva corteza es evidente. De manera similar, si la piel de un mamífero está gravemente herida, la reparación, aunque anormal e imperfecta, no causa al organismo ninguna dificultad fisiológica. Muchos organismos poseen la capacidad de regenerar, o regenerar, con diversos grados de perfección, partes del cuerpo que se pierden o se lesionan. Las salamandras poseen poderes extraordinarios de regeneración, pudiendo formar nuevos ojos o un nuevo miembro si el original se pierde.

Los lagartos pueden regenerar una nueva cola; Incluso los seres humanos pueden regenerar partes del hígado. Las razones de las diferencias en los poderes regenerativos en los diferentes animales siguen siendo un misterio fascinante de gran importancia práctica. Cuando la regeneración se produce, algunas células especializadas suelen perder sus características especializadas y entrar en un período de un aumento de la tasa de división celular, Posteriormente, las nuevas células se vuelven a especializar en los tejidos de la parte original del cuerpo. Las plantas cuyos tops se pierden como en la poda también pueden formar a veces nuevos centros meristemáticos de tejidos latentes y producir nuevos brotes.

Crecimiento compensatorio

Muchos órganos de los animales se presentan en parejas, y si uno se pierde, el miembro restante aumenta de tamaño, como si respondiera a las demandas de un mayor uso. Si se quita uno de los dos riñones de un ser humano, por ejemplo, el otro aumenta de tamaño. Esto se llama reacción compensatoria y puede ocurrir ya sea por algún aumento en el tamaño de la célula (hipertrofia), por un aumento en la tasa de división celular (hiperplasia), o ambos. Aunque un aumento en el número de células es el principal responsable de la reacción compensatoria del riñón, el número de unidades individuales de filtración (glomérulos) no aumenta. Por lo tanto, la división celular aumenta el tamaño de los glomérulos, pero no el número total. Algunos de los ejemplos más llamativos de aumentos en el tamaño de las células en los animales tienen lugar durante la estimulación de los órganos endocrinos, que secretan sustancias reguladoras llamadas hormonas; Cuando se estimula la glándula tiroides, por ejemplo, las células individuales de la glándula pueden aumentar dramáticamente en tamaño.

Factores que regulan el crecimiento


Factores ambientales


Temperatura

El entorno en el que vive un organismo juega un papel importante en la modificación de la tasa y el grado de crecimiento. Los factores ambientales pueden ser físicos (por ejemplo, temperatura, energía radiante y presión atmosférica) o químicos. Los organismos y las células de los que están compuestos son extremadamente sensibles a los cambios de temperatura; A medida que la temperatura disminuye, las reacciones bioquímicas necesarias para la vida ocurren más lentamente. Una disminución de la temperatura en 10 ° C (18 ° F) ralentiza el metabolismo por lo menos dos veces y con frecuencia más.

La anchura de los árboles aumenta en parte por la división celular y la ampliación del tejido meristemático secundario debajo de la corteza. Durante el frío del invierno, la división celular y la ampliación pueden cesar completamente; Pero durante la primavera se produce un crecimiento renovado. Este crecimiento intermitente está influenciado por la temperatura, la luz y el agua. La cantidad de crecimiento puede disminuir considerablemente si el resorte está frío, si la longitud del día es cambiada por las obstrucciones que obstruyen la luz del sol, o si una sequía ocurre. De hecho, el ancho de los anillos de crecimiento visibles en la superficie del tronco cortado proporciona una historia parcial de las condiciones climáticas, el espaciamiento de los anillos de crecimiento de diferentes tamaños se ha correlacionado con períodos conocidos de sequía y frío para proporcionar datación arqueológica confiable De varias estructuras, como en las maderas usadas en pueblos indios en el suroeste de los Estados Unidos.

La temperatura afecta también a los animales de sangre caliente y fría. Muchos vertebrados de sangre caliente (por ejemplo, osos) y de sangre fría (por ejemplo, ranas) dejan de crecer durante el invierno frío y simplemente entran en un estado inactivo o inactivo, que se caracteriza por una tasa muy baja de metabolismo. En los animales que no se vuelven latentes, el aumento de la demanda de consumo de alimentos se produce durante los períodos de frío para proporcionar energía para mantener la temperatura corporal; Esta utilización de la energía alimentaria puede limitar la energía disponible para aumentar el tamaño si los alimentos son escasos.

Presión

Debido a que la presión atmosférica es relativamente constante, excepto en las montañas, es probable que tenga poca importancia en la regulación del crecimiento. Sin embargo, los aumentos en la presión en las profundidades del océano pueden ser significativos, ya que se sabe que los aumentos en la presión hidrostática interfieren con la división celular. Los tejidos de peces de aguas profundas deben haberse adaptado a tales efectos de presión, que hasta ahora han sido poco estudiados. Los movimientos de la atmósfera terrestre -los vientos- pueden afectar los patrones de crecimiento de los árboles y arbustos, como es evidente en las formas exóticas de ciertas coníferas que crecen a lo largo de las costas expuestas a fuertes vientos predominantes.

Luz

De todos los factores físicos, la luz desempeña el papel mejor comprendido y más dramático. Muchos de los efectos de la luz sobre el crecimiento de las plantas son evidentes y directos. La energía de la luz es la fuerza impulsora de la fotosíntesis, la serie de reacciones químicas en las plantas verdes en las que el dióxido de carbono y el agua forman los hidratos de carbono y de los que depende en última instancia toda la vida. La falta de luz provoca la muerte o el retraso del crecimiento en las plantas verdes. Pero la luz también tiene efectos indirectos de gran importancia. Las plantas verdes poseen pequeñas cantidades de un pigmento llamado fitocromo que puede existir en dos formas.

Una forma absorbe la luz roja (660 milimicrones, o mμ: 1 mμ = 3,937 × 10-8 pulgadas). Cuando las plantas que contienen este pigmento absorben la luz roja, el pigmento se convierte en otra forma, que absorbe la luz rojo lejano (730 mμ); La última forma puede convertirse nuevamente de nuevo a la forma original de absorción de color rojo. Estas conversiones tienen consecuencias dramáticas; Por ejemplo, la luz roja inhibe la elongación del tallo y la formación de raíces laterales, pero estimula la expansión de las hojas, el desarrollo del cloroplasto, la coloración de las flores rojas y la germinación de las esporas. Los ciclos de luz roja y roja lejana también pueden afectar la formación de las flores.

Los efectos de la luz sobre los animales, aunque menos obvios, pueden ser importantes, como, por ejemplo, el efecto de la luz sobre el crecimiento del sistema reproductor de algunos animales. Aumento en la longitud del día, por lo tanto en la cantidad de luz, parece iniciar el crecimiento y el desarrollo de los órganos sexuales (gónadas) en algunas aves durante la primavera. Curiosamente, los ojos no son los receptores de la señal luminosa que activa el sistema endocrino para iniciar el crecimiento de las gónadas; Más bien, las células en el fondo del cerebro son sensibles a las pequeñas cantidades de luz que pasan directamente a través del cráneo delgado del pájaro.

La mayoría de los animales muestran actividad cíclica, o ritmos, en varios eventos físicos importantes (por ejemplo, movimiento) y químicos (por ejemplo, respiración) que son esenciales para el individuo. Estos ritmos se regulan a menudo por la exposición corta a la luz.

Factores químicos

Los factores químicos de importancia en el medio ambiente incluyen los gases en la atmósfera y el agua, los minerales y el contenido nutricional de los alimentos. Las plantas requieren dióxido de carbono, agua y luz solar para la fotosíntesis; La sequía ralentiza el crecimiento de las plantas y puede incluso matar a la planta. Se sabe que los efectos de contaminantes atmosféricos -por ejemplo, óxidos de nitrógeno, hidrocarburos y monóxido de carbono- tienen efectos deletéreos en el crecimiento y la reproducción tanto de plantas como de animales.

Las plantas y los animales requieren minerales y pequeñas cantidades de elementos como el zinc, el magnesio y el boro. El nitrógeno y el fósforo se proporcionan a las plantas como nitratos y fosfatos en el suelo. Las cantidades inadecuadas de cualquier factor nutricional en el suelo dan como resultado un crecimiento pobre de las plantas y un rendimiento pobre de los cultivos. Los animales requieren oxígeno, agua y elementos del medio ambiente. Debido a que son incapaces de sintetizar azúcares a partir de dióxido de carbono, los animales deben adquirir estos nutrientes a través de la dieta, ya sea directamente, por el consumo de plantas, o indirectamente, por el consumo de otros animales que a su vez han utilizado las plantas como alimento. Si la calidad o la cantidad de este alimento es pobre, el crecimiento se retrasa o se produce la muerte (ver nutrición).

Vitaminas, una clase de compuestos con una variedad de estructuras químicas, son necesarios por los animales en pequeñas cantidades. Los animales no pueden sintetizar todas las vitaminas que necesitan; Los que no pueden ser sintetizados deben ser adquiridos en la dieta, ya sea a partir de plantas o de otros animales que pueden sintetizar la vitamina. Debido a que ciertas vitaminas son necesarias en ciertas reacciones metabólicas importantes, la deficiencia de vitamina durante el crecimiento puede tener una variedad de efectos: retraso del crecimiento, malformación, enfermedad o muerte.

Factores internos


El organismo depende del medio ambiente para las materias primas para el crecimiento, pero el crecimiento también está regulado internamente. Debido a que el tamaño y la forma de las plantas y los animales están bajo control genético, los eventos tales como la tasa y el sitio de la división celular y la extensión de la ampliación celular pueden verse afectados por mutaciones. Sin embargo, aún no se sabe con exactitud cómo estos factores, que son los últimos determinantes del crecimiento, se controlan en células individuales.

Una clase muy importante de reguladores de crecimiento intrínsecos es la de las hormonas. La principal hormona vegetal, la auxina, se produce en las hojas; Se mueve por mecanismos precisos, aún poco comprendidos, a las otras partes de la planta, controlando procesos como el alargamiento de las células vegetales. Auxin de alguna manera cambia las características de la pared celular rígida de la célula vegetal para que se vuelva más flexible; La presión interna dentro de la celda entonces la obliga a hacerse más grande. Otras hormonas vegetales también pueden desempeñar un papel en el proceso; Las hormonas como las citoquininas y las giberelinas influyen en la tasa de división celular en los meristemas. Algunas plantas enanas pueden ser estimuladas para crecer hasta el tamaño normal simplemente aplicando giberelina.

Las hormonas también juegan un papel decisivo en el crecimiento animal. Una hormona de la glándula pituitaria en la base del cerebro se llama hormona del crecimiento debido a sus amplios y generalizados efectos sobre el crecimiento. Una deficiencia de la hormona del crecimiento en pre-adolescentes resulta en enanismo, y la sobreoferta de la hormona (a menudo causada por un tumor) resulta en gigantismo. Si se produce un exceso de hormona del crecimiento después de que los huesos largos ya no puedan crecer, es decir, después de la adolescencia, se produce una enfermedad llamada acromegalia, que se caracteriza por aumentos en el tamaño de las manos y los pies y el ensanchamiento de las características faciales. Una deficiencia de la hormona tiroidea en los niños también causa retraso en el crecimiento.

Las hormonas sexuales secretadas por la glándula pituitaria interactúan de una manera compleja para regular el crecimiento de las gónadas. Las gónadas a su vez producen estrógeno y progesterona en las mujeres y la testosterona en los hombres; Estas hormonas controlan el desarrollo de las características sexuales secundarias humanas: vello corporal, agrandamiento de las glándulas mamarias en las hembras y crecimiento de las cuerdas vocales en los machos. Aunque las hormonas del crecimiento y las hormonas sexuales juegan un papel vital en el crecimiento, el mecanismo exacto por el cual funcionan no se ha establecido con certeza.

Además de tener la capacidad de sintetizar los factores que regulan el crecimiento, las plantas y los animales evidentemente poseen mecanismos exquisitos para integrar y regular la producción de hormonas; Es decir, las cantidades apropiadas de las hormonas correctas se producen en el momento adecuado y el lugar correcto para el crecimiento normal.

Aunque muchas plantas, incluyendo árboles, crecen a lo largo de sus vidas, el crecimiento de partes del organismo no es perpetuo; Por ejemplo, las hojas de una especie dada alcanzan un tamaño específico y pueden crecer no más grandes. En los animales, el crecimiento se detiene por completo, excepto el reemplazo, después del período juvenil. Los límites para el tamaño total del cuerpo y el tamaño del órgano probablemente se establecen por mecanismos genéticos. Los factores que intervienen en la limitación del crecimiento de un organismo aún no se conocen con certeza, pero la evidencia indica que el hígado libera en las moléculas de proteínas de la circulación sanguínea que pueden limitar el crecimiento del órgano. Por lo tanto, una visión teórica es que un órgano puede producir sustancias que sirven para limitar su propio crecimiento, estableciendo así un mecanismo de retroalimentación. Una proteína llamada factor de crecimiento nervioso es importante para el crecimiento de algunas partes del sistema nervioso de los mamíferos. Si está presente demasiado del factor de crecimiento nervioso, el crecimiento de las fibras nerviosas simpáticas es extenso y aberrante. Si el factor de crecimiento nervioso se elimina del cuerpo -por inyección de un anticuerpo contra el factor- los nervios simpáticos se marchitan y desaparecen. Otras substancias reguladoras de crecimiento sutil específicas para diversos sistemas de órganos pueden eventualmente ser descubiertas.

La dinámica del crecimiento


Medición del crecimiento


El análisis matemático de la tasa de crecimiento ha sido un tema de interés durante muchos años. Se basa en la regla de la división celular: una célula da lugar a dos células hijas. Por lo tanto, el aumento teórico en el número de células sería una serie geométrica, en la que una célula produce dos células, luego cuatro, ocho, 16 y así sucesivamente. En realidad, sin embargo, la tasa de crecimiento no es constante, pero disminuye después de un período de tiempo, generalmente debido a influencias en el medio ambiente o debido a limitaciones genéticas inherentes. Por lo tanto, la curva que muestra el crecimiento de las poblaciones celulares y de los organismos suele ser en forma de S, o sigmoide, cuando el crecimiento se representa en función del tiempo en un gráfico. El aumento en el número de células resultante de la división celular representa la parte ascendente de la curva; La tasa de división celular disminuye en la meseta en la curva. La curva de crecimiento en forma de S es generalmente aplicable al crecimiento de organismos. Si el crecimiento se representa en función del tiempo en una escala logarítmica, el crecimiento intenso temprano (denominado crecimiento logarítmico) en la fase ascendente de la curva de crecimiento recae en una línea recta.

La tasa de crecimiento puede definirse por la ecuación diferencial v = dW / dt (1 / W), en la que v es la tasa de crecimiento y W es el peso en un momento dado, t. La solución de esta ecuación proporciona un valor para el aumento relativo -el aumento de peso relacionado con la masa inicial de la sustancia en crecimiento. El animal que más se aproxima a una tasa de crecimiento constante es una larva de insectos. En la mayoría de los animales, la tasa de crecimiento disminuye a medida que el organismo se hace más grande y mayor.

Aunque la curva de crecimiento en forma de S describe con exactitud justa el crecimiento de poblaciones de células individuales, como bacterias o células de organismos superiores en el cultivo de tejidos -el crecimiento en un ambiente estéril de nutrientes de células de tejidos de organismos- las tasas de crecimiento de diferentes Partes de organismos enteros varían. La relación del crecimiento de una parte de un organismo con la de otra parte se denomina alometría. Una ecuación que expresa la relación fundamental del crecimiento alométrico es y = bxk en la que y es el tamaño de un órgano; X es el tamaño de otro; B es una constante; Y k se conoce como la razón de crecimiento. Aunque tales herramientas matemáticas han permitido una descripción minuciosa del crecimiento diferencial de diferentes partes de un organismo, desafortunadamente no han proporcionado información sobre el control físico y químico de la tasa de crecimiento.

El estudio del crecimiento


Aunque las bases químicas, físicas y genéticas del crecimiento son escurridizas, se ha aprendido mucho sobre el proceso creciendo los tejidos en un ambiente estéril de nutrientes. Incluso si la fuente del tejido es un órgano que ha dejado completamente de crecer, como el sistema nervioso de un animal o el floema de una planta, las células comenzarán a crecer de nuevo en el cultivo, a menudo a un ritmo logarítmico de aumento. Por lo tanto, se puede concluir que el organismo en su conjunto impone limitaciones a la capacidad de las células individuales de reproducirse y que, cuando se eliminan estas restricciones, el potencial de crecimiento de las células ya no se restringe. Incluso en el cultivo de tejidos, sin embargo, la tasa de crecimiento celular eventualmente se ralentiza, de ahí la curva de crecimiento en forma de sigmoide.

Durante la fase de crecimiento rápido de las células en el cultivo de tejidos, suelen perder la capacidad de llevar a cabo la función especializada característica de su órgano de origen; Por ejemplo, si las células del cartílago se dividen rápidamente, ya no sintetizan la matriz cartilaginosa. Este fenómeno de aparente desespecialización ha sido un tema de gran interés teórico: ¿son el rápido crecimiento y la especialización las actividades mutuamente excluyentes? La evidencia muestra que algunos tipos de células especializadas pueden mantenerse en cultivo de tejidos durante períodos de tiempo muy largos y conservar la capacidad de llevar a cabo biosíntesis especializadas, de modo que la pérdida aparente de función especializada en células de cultivo de tejidos puede no resultar fundamentalmente de una mutua Exclusividad de crecimiento y diferenciación.

Cuando el crecimiento de células de cultivo de tejidos comienza a disminuir, un factor responsable es el agotamiento de los componentes críticos del medio. Pero incluso si el medio se reemplaza con frecuencia, cuando el fondo del plato de cultivo se llena densamente con una capa de células, la tasa de crecimiento disminuye -un fenómeno llamado inhibición del contacto del crecimiento. Se cree que las células tan cerca que siempre están tocando proporcionan una señal que retarda la tasa de división celular. Al parecer células idénticas en el cultivo de tejidos también muestran una gran variación en la tasa de crecimiento. Algunas células de la piel, por ejemplo, cuando se colocan en cultivo, pueden dividirse cada ocho horas; Otras células similares pueden dividirse sólo cada 36 horas. El crecimiento de las células en un ambiente controlado como el cultivo de tejidos ofrece muchas posibilidades para estudiar los mecanismos fundamentales que controlan el crecimiento celular y, en consecuencia, el crecimiento de organismos y poblaciones.