SISTEMA MUCOCILIAR

ESTRUCTURA Y FUNCION

• El aparato respiratorio se extiende desde la zona de respiración, situada justo por fuera de la nariz y la boca, a través de las vías aéreas conductoras situadas dentro de la cabeza y el tórax, hasta los alveolos, donde tiene lugar el intercambio respiratorio de gases entre los alveolos y la sangre capilar que fluye a su alrededor.

• Su principal función es llevar el oxígeno (O2) hasta la región de intercambio de gases del pulmón, donde el oxígeno puede difundir hasta y a través de las paredes de los alveolos para oxigenar la sangre que circula por los capilares alveolares en función de las necesidades, dentro de unos amplios límites de trabajo o de actividad.

ADEMÁS, EL APARATO RESPIRATORIO TAMBIÉN DEBE:

1) Eliminar un volumen equivalente de dióxido de carbono, que entra en los pulmones desde los capilares alveolares;

2) mantener la temperatura corporal y la saturación de vapor de agua en el interior de las vías aéreas pulmonares;

3) mantener la esterilidad y

4) eliminar el exceso de líquidos y productos de desecho de la superficie, como partículas inhaladas y células fagocíticas y epiteliales senescentes.

FISIOLOGÍA

• Al menos 12.000 litros de aire son filtrados por los pulmones de un ser humano en un día. Este enorme volumen contiene el oxigeno, alérgenos, microorganismos, partículas y otros gases.

• Al igual que otros epitelios, el respiratorio esta protegido por defensas que incluyen barreras anatómicas, cambios aerodinámicos, secreción de moco, tos, macrófagos alveolares y moléculas con efecto antibiotico.

La primera línea de defensa es el barrido mucociliar del epitelio respiratorio que, mediante la secreción constitutiva de moco mantiene la hidratación de

la vía aérea, atrapa partículas bacterias y virus, y contribuye sustancias antioxidantes, anti proteasas y antimicrobianas.

• Este barrido mucociliar elimina el moco en un proceso que exige una regulación muy fina entre el volumen y composición del moco y el volumen de liquido periciliar, de tal forma que permitan un adecuado batido ciliar.

• Numerosos factores pueden alterar este balance al inducir sobreproducción e hipersecreción de moco o activar respuestas como la producción de sustancias antivirales, antibióticas y citoquinas proinflamatorias. Estas respuestas pueden contribuir a la patogénesis de las enfermedades respiratorias comunes.

BARRIDO MUCOCILIAR

• El barrido mucociliar requiere de equilibrio y coordinación entre sus tres componentes:

La capa de liquido periciliar donde baten los cilios y

sobre la que el moco flota;

La capa mucosa superficial en contacto con el lumen,

capaz de adherir virtualmente cualquier

partícula inhalada

El epitelio respiratorio subyacente, compuesto

por células ciliadas y células secretoras.

• Los cilios propulsan la capa de moco flotante, y las células secretoras secretan moco, moléculas antimicrobianas, citoquinas y moléculas protectoras. La capa de liquido periciliar en conjunto con la de moco, forman la capa de liquido superficial (LS) de la vía aérea.

COMPONENTES DEL BARRIDO MUCOCILIAR

CAPA MUCOSA

• La capa mucosa actúa como barrera física y química. Esta constituida por mas de 100 compuestos diferentes, principalmente agua (97%) y solidos, como proteínas, iones, lípidos y carbohidratos.

• Su principal componente macromolecular son las mucinas, una familia de glicoproteinas de elevado peso molecular (2 a 20 x 105 Da), altamente glicosiladas (50 a 90% de su masa son carbohidratos).

• Estas glicoproteínas son estructuralmente variadas, secretadas de manera constitutiva por las células caliciformes, y también pueden ser secretadas como respuesta a un estimulo agudo, lo que ocurre en milisegundos.

• Las mucinas dotan al moco de características viscoelasticas que le permiten actuar como gel y capturar partículas inhaladas, sus cargas eléctricamente negativas generan fuerzas de repulsión contra bacterias y otros patógenos.

• En la actualidad se han descrito 17 genes que codifican mucinas en el genoma humano, siendo MUC5AC y MUC5B las predominantes.

• El moco se almacena dentro de células secretoras en forma de gránulos de mucina condensada de hasta 1 μm de diámetro.

• Estos gránulos son rápida y violentamente exocitados en respuesta a estimulación del epitelio respiratorio y al salir de la célula expanden su volumen cientos de veces pudiendo así ocluir la vía aérea.

• La expansión de volumen de cada granulo ocurre en milisegundos por la brusca repulsión electrostática de las cadenas peptídicas cargadas negativamente. Glándulas submucosas que se encuentran bajo control nervioso también secretan moco.

CAPA DE LÍQUIDO PERICILIAR

• La capa de liquido periciliar es un medio acuoso, de baja resistencia, ideal para el batido ciliar Alberga moléculas con actividad antibacteriana, anti fúngica y antiviral como lisozima, lactoferrina, siderocalina, lactoperoxidasa y defensinas, facilitando la acción de macrófagos epiteliales.

• Su espesor de entre 5 y 10 μm es critico ya que permite la función de los cilios que miden 6 a 7 μm. Si esta capa aumenta su espesor, los extremos de los cilios no alcanzan la capa de moco y no logran su propulsión, y si disminuye, el moco se adhiere a los cilios pudiendo bloquear su movimiento.

• Dos mecanismos regulan el grosor del LS. El primero es la capacidad de la capa mucosa de expandirse absorbiendo y almacenando liquido, y también de contraerse para entregarlo.

• Normalmente el moco puede graduar en parte el espesor de la capa de liquido periciliar almacenando el exceso de liquido que se puede acumular en las zonas de confluencia de la vía aérea, y colaborando así a mantener la eficacia del batido ciliar.

• El segundo mecanismo es la capacidad del epitelio de generar gradientes electroquímicas a través del transporte activo de iones que promueven el flujo osmótico de agua.

• En el epitelio respiratorio se han descrito tres canales iónicos:

• Un canal absorbente de Na+ (ENaC)

• Dos canales secretores de Cl- (CFTR y CaCC) .

• Ellos son modulados por moléculas como ATP, la familia de proteasas CAPs y el inhibidor de CAP. ATP aumenta LS inhibiendo ENaC e induciendo CFTR y CaCC. CAPs disminuye la hidratación de LS activando a ENaC e inhibiendo a CFTR.

EPITELIO RESPIRATORIO

• El epitelio respiratorio remueve el moco de la vía aérea, actúa como barrera y secreta moléculas que regulan la inmunidad innata y adaptativa.

• Esta formado por distintos tipos celulares, fundamentalmente células ciliadas y células secretoras (caliciformes) presentes en numero similar y dispuestas en mosaico.

• Las células secretoras poseen gran plasticidad estructural, molecular, y funcional, y se clasifican por su apariencia microscópica en células clara, mucosas, y serosas. Células ciliadas, no ciliadas, mucosas y serosas se asocian y forman glándulas submucosas en la vía aérea cartilaginosa.

• Las células ciliadas son fácilmente reconocibles por sus cilios que baten coordinadamente y generan una onda metacronal que viaja pequeñas distancias, propulsando la capa flotante de restos celulares, microorganismos, partículas inhaladas y moco a velocidades de 4 a 20 mm/min hacia la orofaringe para su posterior deglución o expectoración.

• La frecuencia basal del batido ciliar fluctúa entre 12 y 15 Hz en las vías aéreas mayores, modulándose por estimulación nerviosa, mecánica y hormonal, mediante señalización intracelular mediada po Ca+2.

MOVIMIENTO CILIAR

• A nivel traqueal, el flujo de aire estimula mecanoreceptores que liberan ATP al extracelular, movilizando iones Ca+2 hacia el intracelular vía inositol 1,4,5-trifosfato (IP3), incrementando la frecuencia del batido.

• Otras moléculas intracelulares involucradas en el control del batido ciliar son el AMP cíclico, calmodulina, IP3, y oxido nítrico.

MUCUS BRONQUIAL: COMPOSICIÓN, PRODUCCIÓN DE LA SECRECIÓN BRONQUIAL, FUNCIONES DEL MUCUS.

• Es una sustancia compleja constituida por:

Agua glicoproteínas

trasudado sérico enzimas proteolíticas

Inmunoglobulinas lípidos

• Es producido por las glándulas submucosas y las células caliciformes. La película mucosa normal tiene 5 micras de espesor y consta de dos fases: gel y sol; la primera superficial es relativamente pegajosa y viscosa, por lo cual consigue atrapar las partículas depositadas.

• La segunda, más profunda, es menos viscosa permitiendo el movimiento de los cilios dentro de ella. En un adulto sano se producen entre 50 y 100 ml de moco, el cual actúa como banda transportadora, lubricante de la vía aérea y capa protectora del epitelio, impidiendo entre otras cosas, la adherencia de gérmenes y la acción de las sustancias tóxicas.

• El mucus es un fluido complejo de propiedades y composición variables, por ejemplo: entre 84 y 95 % es agua, 1 % son proteínas, 0,9 % carbohidratos y 0,8 % lípidos.

• En su estructura se encuentran glicoproteínas, proteoglicanos, lípidos, y cantidades menores de otras proteínas, así como algunas veces ADN.

• En presencia de inflamación o infección estos valores pueden cambiar sobre la base del aumento de proteínas, glicoproteínas o ADN.

MUCUS BRONQUIAL

• De los 5 tipos de células epiteliales que constituyen la superficie en las vías aéreas, 3 son células glandulares: las células en copa, las células serosas y las células claras; estos 2 últimos tipos pueden transformarse en células en copa. En la producción de esta secreción bronquial heterogénea intervienen:

• Las células alveolares tipo II.

• Las células mucosas y serosas en las glándulas sub-mucosas, encargadas de aportar el componente de mucina.

• Las células claras, ubicadas en los ductus alveolares, con sus clásicos gránulos que parecen contener tanto proteínas como carbohidratos.

• Esta concentración es 3 veces mayor en la bronquitis crónica y no menos de 10 veces superior en la fibrosis quística.

• Las proteínas, presentes a causa de una producción local (se relaciona con lisozimas y lactoferrina, así como inmunoglobulinas A y E o como reflejo de la trasudación de proteínas plasmáticas como consecuencias de la inflamación, que incluyen: albúmina, a1-antitripsina, a2-macroglobulinas, haptoglobulinas y transferrina, así como inmuno-globulinas IgM, IgG e IgA.

• Algunas de estas proteínas sirven de protección contra microorganismos, por ejemplo, la secreción de la IgA facilita la captura de las bacterias y reduce el acceso microbiano al epitelio, la lactoferrina retira el hierro requerido por muchas bacterias y la lisozima mata la bacteria.

1.FUNCIONES PROTECTORAS:

• a) Lubricación.

• b) Humidificación.

• c) Impermeabilización.

• d) Aislamiento.

• e) Entorno apropiado para la función ciliar.

2.FUNCIONES DE BARRERA:

• a) Tamizaje selectivo de las macromoléculas.

• b) Atrapar microorganismos.

• c) Superficie para acción de las inmunoglobulinas.

• d) Superficie para acciones de enzimas.

• e) Neutralización de gases tóxicos.

3.FUNCIONES DE TRANSPORTACIÓN:

• a) Hoja de cobertura para materiales depositados o atrapados (junto con los cilios).

DISFUNCIÓN, SECUNDARIA O ADQUIRIDA, DEL ACLARAMIENTO CILIAR QUE PROVOCA RETENCIÓN DE GRANDES CANTIDADES DE MUCUS:

ASMA BRONQUIAL:• Con frecuencia en los pacientes asmáticos el transporte

mucociliar se afecta:

• Se le une el hecho de que el mucus producido es muy pegajoso, lo que compromete su traslado por la tos y el drenaje postural.

• Este aumento de la secreción mucosa en los asmáticos puede agregar mayor obstrucción a las vías aéreas y, ocasionalmente, es el principal componente, porque un aumento en el espesor de la capa de mucus determina un desacoplamiento dentro de este, ya que la parte interna es influenciada por el movimiento ciliar pero la parte exterior, donde se encuentran las partículas, se mantiene estacionaria.

INFECCIONES

• Por influenza o virus fríos, micoplasmas e infecciones bacterianas, durante las cuales se produce pérdida de grandes áreas de epitelio ciliado, lo que puede provocar estasis de la cubierta de mucus.

ALTERACIONES EN LAS CARACTERÍSTICAS DE LAS

SECRECIONES

• Causadas por ciertas bacterias (en primer lugar la Pseudomona aeruginosa, el Estafilococo, el Haemophilus, el Mycoplasma pneumoniae y las Neisserias) y representadas por la presencia de otro sistema fibrilar añadido a las secreciones, como ocurre cuando el ADN de los neutrófilos muertos se mezclan con el mucus en las secreciones purulentas.

IMPORTANTE

• Bronquitis.

• Inhalación de oxígeno puro.

• Un aspecto interesante es la "desorientación" de las células ciliadas que puede ocurrir durante la regeneración luego de infecciones y que parece común en bronquíticos, asmáticos y fumadores, que se expresa por aclaramiento errático y estasis local de mucus.

IMPORTANTE

• En este transporte mucociliar hay diversas escalas de longitud de particular importancia y que tienen que ver con:

• Largo molecular relativo a la estructura bioquímica del mucus.

• Largo del movimiento (tip) ciliar (0,1 a 1 mm).

• Largo del cilio.

• Largo de la ola ciliar y la coherencia con la placa de mucus (de 5 a 50 mm) y una escala asociada con el largo de la vía aérea de que se trate (de 5 a 10 mm).

IMPORTANTE• Estas escalas de longitud pueden ser modificadas por diferentes situaciones, entre las que se

encuentran:

• Soluciones con pH ácido que disminuye o inhibe el movimiento ciliar.

• La edad también disminuye o inhibe el movimiento ciliar.

• La deshidratación produce daño irreparable de los cilios.

• El frío inhibe la acción ciliar.

• De ahí se desprende la importancia de la filtración, humectación y calentamiento del aire inspirado y la vigilancia de la composición de los aerosoles e instilaciones endotraqueales.

MUCHAS GRACIAS