Bases biológicas de la enfermedad Bioingeniería - UNER Cátedra de Fisiopatología Prof. Dr....
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Bases biológicasde la enfermedad
Bioingeniería - UNER
Cátedra de Fisiopatología
Prof. Dr. Armando PacherDr. Roberto Lombardo
2013
Bases biológicas de la enfermedad
¿Cuáles son los niveles de estudio?
moléculasmoléculas
comp. celulares
cmoléculas
comp. celulares
células
cmoléculas
comp. celulares
células
tejidos
cmoléculas
comp. celulares
células
tejidosórganos
cmoléculas
comp. celulares
células
tejidosórganos
sistemas
cmoléculas
comp. celulares
células
tejidosórganos
sistemas individuo
cmoléculas
comp. celulares
células
tejidosórganos
sistemas individuo
sociedad
Nanotecnología: García NG, Rohrer H : www.fsp.csic.es/
Imagen topográfica y de la conductancia de tres átomos de gadolinio sobre una superficie superconductora de niobio. IBM
1 nm: 10-9 m = 0,001 mmBacteria: 1000 nmVirus: 10-100 nmAtomo: 0,01 nm
Conceptos generales
Terminología
Patología• Etiología• Etiopatogenia• Anatomía Patológica
– Macroscópica– Microscópica– Ultraestructural
• Fisiopatología• Semiología• Clínica
– Prevención– Diagnóstico– Tratamiento
• Epidemiología *
Nivel celularNivel celular
LesiónAdaptaciónMuerte celularNeoplasia
LesiónAdaptaciónMuerte celularNeoplasia
Nivel tisularNivel tisular
AteromaEdemaInflamaciónCicatrización
AteromaEdemaInflamaciónCicatrización
Nivel sistémicoNivel sistémico
FisiopatologíaRespiratoria,Cardiovascular,Neurológica, etc.
FisiopatologíaRespiratoria,Cardiovascular,Neurológica, etc.
Nivel individuoNivel individuo
Nivel sociedadNivel sociedad
Estudio de la PatologíaEstudio de la Patología
Conceptos generalesConceptos generales
Conceptos generalesConceptos generales
Lesión celularLesión celular
DisfunciónBlancosEtiologíaEtiopatogeniaFisiopatología
DisfunciónBlancosEtiologíaEtiopatogeniaFisiopatología
Adaptación celularAdaptación celularAtrofiaHipertrofiaHiperplasiaMetaplasia
AtrofiaHipertrofiaHiperplasiaMetaplasia
NeoplasiaNeoplasia
Respuestas tisularesRespuestas tisulares
EdemaAteromaInflamaciónCicatrizaciónReparación
EdemaAteromaInflamaciónCicatrizaciónReparación
Bases biológicas de la enfermedadBases biológicas de la enfermedad
Muerte celularMuerte celular Necrosis y ApoptosisNecrosis y Apoptosis
Conceptos generalesConceptos generales
SaludSalud Un estado de completo bienestar físico, mental y social, y no solamente la ausencia de enfermedad o dolencia
Un estado de completo bienestar físico, mental y social, y no solamente la ausencia de enfermedad o dolencia
EnfermedadEnfermedad Pérdida total o parcial del completo bienestar físico, mental y social
Pérdida total o parcial del completo bienestar físico, mental y social
Expresión del genomaExpresión del genoma
Individuo
Genoma humano
• Craig Venter y Francis Collins junto con numerosos colaboradores secuenciaron el genoma humano en 2000.
• Es una “lista de materiales de construcción”, no un plano: – Genes: 26.383 a 39.114 (Pares de bases: 3.000.000.000)
• Diferencias interespecies:– hombre: 26.000 a 40.000– mosca de la fruta 13.000 – lombriz: 18.000– berro: 6.000– levadura: 6.000– bacilo TBC: 4.000
– Diferencia de 15.000 genes entre el hombre y la mosca *
Genoma humano y razas
• Análisis interracial:genes idénticos: 99,99%
genes diferentes: 0,01%
diferencia: 1250 letras entre 3x109 pares de bases
Hay igualdadentre las razas
NoxasNoxas
Factoresambientales
Factoresambientales
Individuo
SaludSalud
EnfermedadEnfermedad
Aspectos epidemiológicos
Epidemiología:
Rama de las ciencias médicas que estudia la ocurrencia de enfermedades en las poblaciones (más que en individuos). Analiza los factores que determinan e influencian la frecuencia y la distribución de las enfermedades.
• Incidencia: •número de nuevos casos de una enfermedad en un
período. • Prevalencia:
•número de personas que presentan una enfermedad en relación con la población estudiada (ej. en mujeres).
• Riesgo: •probabilidad de aparición de enfermedad.
• Epidemia: •aumento significativo de la incidencia de una
enfermedad en una población. • Pandemia:
•epidemia en varios continentes. *
Variables epidemiológicas
Factores ambientales
Condiciones de vidaNutriciónClimaEducación y CulturaMedicina preventivaEtc.
Expectativa de vida al nacer
1910 – 2000(OMS-WHF)
Expectativa de vida al nacer
Población mundial 9000 AC – 2000 DC
www.emc.maricopa.edu
Mayores de 60 añosen % de la población. WHO-OMS 2002
0 10 20 30
>60a %
Italia
Japón
España
Portugal
Inglaterra
Francia
USA
Argentina
China
India
México
Perú
Omron AR 1980. en Rojo CC: Epidemiología de las enfermedades cardiovasculares, 2005
USA: causas de mortalidad 1900-1997
Argentina: causas de mortalidad 2004-2007
% del total de causas CV
Algunos factores considerados
según desarrollo
Latinoamérica: más de 250.000 niños mueren antes de los 5 años por causas que
podrían prevenirse fácilmente: diarrea,
neumonía, desnutrición y otras enfermedades
prevenibles por vacunación.
Sobrepeso en niños de USA
Entre 6 y 11 años:Década de 1970: 4%Década de 2000: 17%
Entre 6 y 23 meses:Década de 1970: 7.2%Década de 2000: 11.5%
Steinbaum S. Circulation Dec. 15, 2008
92
64
76
25
0
10
20
30
4050
60
70
80
90
100
Altos Bajos
SecundarioFin secund.
Adolescentes argentinosEstudios secundariossegún ingresos (BID)
Estudiantes locales
Egreso universitario: 6% de los inscriptos – ±1 analfabeto por cada egresado
• 51 serían mujeres.• 49 serían hombres.• 2 nacerían cada año.• 1 moriría cada año.• 30 serían casados y vivirían en pareja heterosexual.• 3 serían graduados universitarios.• 2 serían analfabetos absolutos.• 27 vivirían con cuatro pesos por día.• 10, con dos pesos por día.• 7 vivirían con un peso por día.• 18 vivirían en villas de emergencias o asentamientos precarios.• 63 no tendrían cloacas.• 58 vivirían sin gas natural.
Fuente: Artemio López. Equipos de Investigación Social. 2004.
Si en Argentina vivieran 100 personas
• Argentina:– Demanda: 10.000– Egreso : 3.000
• Proporción por habitante– Países desarrollados: 1 cada 2.500– Argentina: 1 cada 7.400
• Proporción Ingenieros/Psicólogos:– Sudeste asiático: 3 cada 1– Argentina: 1 cada 3
Carlos D’Amico, CONFEDI - Guillermo Oliveto, Decano UTN, 2011
Ingenieros y Argentina
Tecnología y sociedad
Ingeniería y desarrollo. UNSTA 2010
Ley de Downes y Mui: La evolución de la tecnología es más rápida que la capacidad de asimilarla.Generaciones: Z http://www.lanacion.com.ar/1547175-generacion-z-la-vida-a-traves-de-una-pantalla
Ley de Downes y Mui: La evolución de la tecnología es más rápida que la capacidad de asimilarla.Generaciones: Z http://www.lanacion.com.ar/1547175-generacion-z-la-vida-a-traves-de-una-pantalla
e-Patient
• Personas que utilizan Internet y otras herramientas para buscar, compartir y a veces crear información sobre salud.
www.patientslikeme.com
Cambian la relación médico-paciente y los efectos placebo y nocebo.
Giselle Ferro
“La medicina del futuro será inalámbrica” Dr. Eric Topol
Google: “smartphone health” = 101.000.000
http://www.youtube.com/watch?v=w2s9Fv_j1eg
NoxasNoxas
Factoresambientales
Factoresambientales
Individuo
SaludSalud
EnfermedadEnfermedad
Gran variabilidad biológica
No hay enfermedades,sino enfermos
Lesión celularLesión celularDisfunciónBlancosEtiologíaFisiopatología
DisfunciónBlancosEtiologíaFisiopatología
Adaptación celularAdaptación celularAtrofiaHipertrofiaHiperplasiaMetaplasia
AtrofiaHipertrofiaHiperplasiaMetaplasia
Bases biológicas de la enfermedadBases biológicas de la enfermedad
Muerte celularMuerte celular Necrosis y ApoptosisNecrosis y Apoptosis
célulanormal
célulanormal
equilibriohomeostático
equilibriohomeostático
situacionesfisiológicas
situacionesfisiológicas
estímulos oagresiones
estímulos oagresiones
lesiónlesión
reversiblereversible
irreversibleirreversible
adaptaciónadaptación
necrosisnecrosis
apoptosisapoptosis
Disfunción celular
• Situación en que la célula no cumple total o parcialmente con su función específica.
• Fenómeno dinámico y progresivo.
• Alteraciones tempranas funcionales, citoquímicas y ultraestructurales.
• Alteraciones tardías al microscopio óptico.
• Etiologías más frecuentes: • isquemia • lesión química • infecciones *
Factores
etiológicos(en general)
Factores
etiológicos(en general)
IdiopáticosIdiopáticos
AdquiridosAdquiridos
CongénitosCongénitos
Factores
etiológicos
Factores
etiológicosEn particularEn particular
En generalEn general
Factores etiológicos(en particular)
• Hipoxia• Agentes químicos• Agentes biológicos• Agentes físicos• Alteraciones genéticas• Reacciones inmunológicas• Desequilibrios nutricionales• Acumulación intracelular de substancias• Fármacos• Alteraciones psicosomáticas• Otros y asociaciones• Envejecimiento *
Envejecimiento
• Premio Nobel 2009 para Blackburn, Greider y Szostak: función protectora de la telomerasa para los telómeros.
US Depart of Energy Human Genome Program
http://stemcells.nih.gov
• Los telómeros se encuentran en los extremos de los cromosomas, están formados por ADN que no participa en la codificación. Evitan que los cromosomas se "deshilachen" o se unan entre ellos.
• Los telómeros se acortan en cada división celular, disminuyen la protección y el cromosoma se hace inestable, lo que constituye un proceso de envejecimiento.
• La enzima telomerasa evita el acortamiento: si tiene una actividad adecuada, se mantendría la longitud y se retrasa el envejecimiento celular; si es escasa habría envejecimiento precoz; si está en exceso podría jugar un papel en la ”inmortalidad” de las células neoplásicas.
Etiopatogenia
Los mecanismos mediante los cuales el agente causal origina la enfermedad
Respiración aeróbica: fosforilación oxidativa y prod. de ATP Respiración aeróbica: fosforilación oxidativa y prod. de ATP
Membranas: equilibrio osmótico e iónico Membranas: equilibrio osmótico e iónico
Síntesis proteica: de proteínas estructurales y enzimáticas Síntesis proteica: de proteínas estructurales y enzimáticas
Aparato genético: secuencias y localizaciones Aparato genético: secuencias y localizaciones
Blancos celularesBlancos celulares
N
I
V
E
L
E
S
N
I
V
E
L
E
S
Alteración de la respiración aeróbicaAlteración de la respiración aeróbica
Alteración de la bomba de sodioAlteración de la bomba de sodio
Alteración del equilibrio de agua e ionesAlteración del equilibrio de agua e iones
Alteración de síntesis proteicaAlteración de síntesis proteica
Reacciones en cascadaReacciones en cascada Disfuncióncelular
Disfuncióncelular
Disminución de producción de ATPDisminución de producción de ATP
Hipoxia: disminución de O2Hipoxia: disminución de O2
El O2 no llega o no se aprovechaEl O2 no llega o no se aprovecha
Falta o dism. de sangre: ISQUEMIA Arterioesclerosis Trombosis TromboembolismoAumento de resistencia arteriolarAlteraciones de microcirculaciónDisminución de la presión de perfusión
Falta o dism. de sangre: ISQUEMIA Arterioesclerosis Trombosis TromboembolismoAumento de resistencia arteriolarAlteraciones de microcirculaciónDisminución de la presión de perfusión
Menor contenido de O2:Atmósfera pobre en O2 Anemia Intoxicación por monóxido de carbono (CO)
Menor contenido de O2:Atmósfera pobre en O2 Anemia Intoxicación por monóxido de carbono (CO)
No captación celular de O2: Venenos No captación celular de O2: Venenos
Glucosa
O2
Ciclo deKrebs
Glucosa
Piruvato
CitoplasmaCitoplasma GlucólisisGlucólisis
MitocondriaMitocondria
Cadenarespiratoria
Respiracióncelular
Respiracióncelular
sin O2Acidoláctico
producción
de 2 ATP
producciónde 36 ATP
CO2 + H2O
Mitocondria
ATP
ADP O2
Acetil CoA
HipoxiaHipoxia
Disminuye ATPDisminuye ATP
Altera membranasAltera membranas
Disfuncióncelular
Disfuncióncelular
Consecuencias de la hipoxia a nivel celular
Agentes químicos y fármacos
• Venenos: Bloquean las cadenas respiratorias
• arsénico, mercurio, etc.
• Contaminantes ambientales• insecticidas, herbicidas, desechos industriales, etc.
• Estímulos sociales:• alcohol, tabaco, psicodrogas
• Riesgos ocupacionales:• Sílice, asbesto, carbón, etc.
• Fármacos: Automedicación e Iatrogenia *
Agentes químicos
• Alteran la permeabilidad de la membrana:
Alteración de fosfolípidos
Unión con radicales de membrana
Alteración de enlaces fosfolípidos - proteínas
Agentes biológicos:Bacterias
VirusParásitosHongosPriones
BacteriasBacterias
liberan toxinas al morirliberan toxinas al morir
producen y liberan antígenosproducen y liberan antígenos
secretan toxinassecretan toxinas
Agentes biológicos:Bacterias - Virus - Parásitos - Hongos - Priones
Virus
Moléculas de ADN o ARN rodeadas de una cápsula proteica.
www.pathmicro.med.sc.edu
www.pathmicro.med.sc.eduwww.acu.edu
H1N1
síntesis proteicasíntesis proteicaVirusVirus
alteranADN y ARN
alteranADN y ARN
neoplasianeoplasiadivisióncelular
divisióncelular
parásitos intracelularesparásitos intracelulares
Virus
ParásitosParásitos
provocan daños en tejidosprovocan daños en tejidos
alteran la absorción de alimentosalteran la absorción de alimentos
consumen nutrientes, vitaminas, etc.consumen nutrientes, vitaminas, etc.
liberan toxinasliberan toxinas
se comportan como alergenosse comportan como alergenos
bloquean vasos y conductosbloquean vasos y conductos
etc., etc., etc.etc., etc., etc.
Agentes biológicos:Bacterias - Virus - Parásitos – Hongos - Priones
HongosHongosColonizan y liberan substancias,generando respuestas inflamatoriasColonizan y liberan substancias,generando respuestas inflamatorias
Parasitan vegetales, animales, humanosParasitan vegetales, animales, humanos
Eucariotas, uni o pluricelularesEucariotas, uni o pluricelulares
Micosis superficiales y profundasMicosis superficiales y profundas
Agentes biológicos:Bacterias - Virus - Parásitos – Hongos - Priones
Priones
Glucoproteína anormal que afecta electivamente al SNC, transmisible. Etiología de la encefalopatía espongiforme bovina.
Stevens D et al. www.plospathogens.org
Etiopatogenia
Los mecanismos mediante los cuales el agente causal origina la enfermedad
Lesióncelular
Lesióncelular
Alteraciones al microscopio ópticoAlteraciones al microscopio óptico
Alteraciones ultraestructuralesAlteraciones ultraestructurales
Alteracionesultraestructurales
Alteracionesultraestructurales
• Alteración de membranas
• Cambios mitocondriales
• Alteraciones en el retículo endoplásmico
• Daños cromosómicos
• Alteración de membranas
• Cambios mitocondriales
• Alteraciones en el retículo endoplásmico
• Daños cromosómicos
Lesión celularLesión celular
Alteracionesal
microscopioóptico
Alteracionesal
microscopioóptico
Edema celular
Degeneración grasa
Aumento de eosinofilia
Disminución de glucógeno
Cambios nucleares
Autólisis
Calcificación celular
Edema celular
Degeneración grasa
Aumento de eosinofilia
Disminución de glucógeno
Cambios nucleares
Autólisis
Calcificación celular
Lesión celularLesión celular
célulanormal
célulanormal
equilibriohomeostático
equilibriohomeostático
situacionesfisiológicas
situacionesfisiológicas
estímulos oagresiones
estímulos oagresiones
lesiónlesión
reversiblereversible
irreversibleirreversible
adaptaciónadaptación
necrosisnecrosis
apoptosisapoptosis
muertecelularmuertecelular
NecrosisNecrosis
ApoptosisApoptosis
Necrosis
• Concepto: muerte celular de causa patológica, no programada, con daño en las membranas y liberación de enzimas lisosómicas.
• Etiología: Generada por estímulos patológicos (hipoxia, hipertermia, virus, etc.)
• Daño inicial en las membranas celulares.
• Las enzimas de los lisosomas se vuelcan en el espacio extracelular originando una respuesta inflamatoria.
• El ADN se fragmenta tardíamente por acción lítica. * Radiation Oncology Research
Laboratory of UCSF
Apoptosis
• Concepto: muerte celular programada, de causa normal o patológica, con alteración inicial en el ADN nuclear.
• Etiología: generada bajo condiciones fisiológicas y patológicas.
• Condiciones fisiológicas: desarrollo embrionario, recambio celular normal, desarrollo del SNC, disminución de secreción hormonal, etc.
• Condiciones patológicas: agentes biológicos, físicos, químicos, linfocitos T citolíticos, etc.
Apoptosis
• La célula participa activamente en su muerte: “suicidio celular”
• Los pasos del proceso responden a un plan prefijado genéticamente: “muerte celular programada”.
• Degradación precoz del ADN nuclear.
• Las membranas celulares se fragmentan produciendo vesículas que son fagocitadas rápidamente.
• Al no volcarse las enzimas lisosómicas no hay inflamación ni se liberan eventuales virus. * Centre François BACLESSE
Faculté de Médecine de CAENFrance
Necrosis y apoptosis
Radiation Oncology ResearchLaboratory of UCSF
Necrosis
Radiation OncologyResearch
Laboratory of UCSF
Apoptosis
h t t p : / /stke.sciencemag.org/ h t t p : / /stke.sciencemag.org/
muertecelularmuertecelular
Necrosis patológicacon inflamación
Necrosis patológicacon inflamación
injuria
Apoptosis fisiológica o patológica sin inflamaciónApoptosis fisiológica o
patológica sin inflamación
injuriaestímulo
Muertecelular
pornecrosis
Muertecelular
pornecrosis
Balance
Balance calcificacióncalcificación
coagulación proteicacoagulación proteica
lisis proteicalisis proteica
Adaptación celularAdaptación celular
Concepto: cambios celulares como respuesta a estímulos fisiológicos o patológicos.
Etiopatogenia: intervienen diversos agentes, como los factores de crecimiento (epitelial, transformante alfa , derivado de las plaquetas, fibroblástico, transformante beta, citoquinas (Interleuquina 1 , factor de necrosis tumoral ) e inhibidores (transformante beta, disminución de producción de los anteriores).
Consecuencias: pueden ser favorables o desfavorables, dependiendo del origen y magnitud del estímulo y de la respuesta celular.
Concepto: cambios celulares como respuesta a estímulos fisiológicos o patológicos.
Etiopatogenia: intervienen diversos agentes, como los factores de crecimiento (epitelial, transformante alfa , derivado de las plaquetas, fibroblástico, transformante beta, citoquinas (Interleuquina 1 , factor de necrosis tumoral ) e inhibidores (transformante beta, disminución de producción de los anteriores).
Consecuencias: pueden ser favorables o desfavorables, dependiendo del origen y magnitud del estímulo y de la respuesta celular.
Adaptación celularAdaptación celular
AtrofiaAtrofia disminución de tamañodisminución de tamaño
HipertrofiaHipertrofia aumento de tamañoaumento de tamaño
HiperplasiaHiperplasia aumento de númeroaumento de número
MetaplasiaMetaplasiacambio de tipo celularcambio de tipo celular
Atrofia celularAtrofia celular
Concepto: Menor tamaño celular por disminución de componentes Concepto: Menor tamaño celular por disminución de componentes
Etiología: isquemia - inmovilización - desnutrición - menopausia - denervación
Etiología: isquemia - inmovilización - desnutrición - menopausia - denervación
Etiopatogenia: < producción y/o > degradación de componentes < factores de crecimiento
Etiopatogenia: < producción y/o > degradación de componentes < factores de crecimiento
Fisiopatología: disminuye la función celular Fisiopatología: disminuye la función celular
Concepto: Mayor tamaño celular por aumento de componentes Concepto: Mayor tamaño celular por aumento de componentes
Etiología: mayor trabajo o función (útero grávido, estenosis valvular, ejercicio, etc.)
Etiología: mayor trabajo o función (útero grávido, estenosis valvular, ejercicio, etc.)
Etiopatogenia: > producción y/o < degradación de componentes > factores de crecimiento
Etiopatogenia: > producción y/o < degradación de componentes > factores de crecimiento
Fisiopatología: aumenta la función celular Fisiopatología: aumenta la función celular
Hipertrofia celularHipertrofia celular
Concepto: Aumento en el número de células adultas normales Concepto: Aumento en el número de células adultas normales
Etiología: estímulos fisiológicos o patológicos (útero grávido, hiperplasia uterina, tejido de granulación, piel, hepatocito, etc.)
Etiología: estímulos fisiológicos o patológicos (útero grávido, hiperplasia uterina, tejido de granulación, piel, hepatocito, etc.)
Etiopatogenia: duplicación del ADN y mitosis Etiopatogenia: duplicación del ADN y mitosis
Fisiopatología: más células realizan la función Fisiopatología: más células realizan la función
Hiperplasia celularHiperplasia celular
Concepto: Cambio de células adultas por otro tipo celular, también adulto (ej. cilíndrico ciliado a plano estratificado)
Concepto: Cambio de células adultas por otro tipo celular, también adulto (ej. cilíndrico ciliado a plano estratificado)
Etiología: agresiones crónicas (epitelio traqueal del fumador, mucosa gástrica)
Etiología: agresiones crónicas (epitelio traqueal del fumador, mucosa gástrica)
Etiopatogenia: la agresión a las células desencadena los cambioscomo mecanismos de defensa
Etiopatogenia: la agresión a las células desencadena los cambioscomo mecanismos de defensa
Fisiopatología: se pierde la función normal del epitelio (ciclíndrico ciliado, mucoso, etc.)
Fisiopatología: se pierde la función normal del epitelio (ciclíndrico ciliado, mucoso, etc.)
Metaplasia celularMetaplasia celular
Concepto: Variación en tamaño, forma y organización de células adultasConcepto: Variación en tamaño, forma y organización de células adultas
Etiología: agresiones crónicas que llevan a inflamación crónica. Etiología: agresiones crónicas que llevan a inflamación crónica.
Etiopatogenia: la agresión a las células modifica el tipo celular. NO ES UNA ADAPTACION. Puede ser un estado preneoplásico
Etiopatogenia: la agresión a las células modifica el tipo celular. NO ES UNA ADAPTACION. Puede ser un estado preneoplásico
Fisiopatología: se pierde la función normal del tejido. Fisiopatología: se pierde la función normal del tejido.
Displasia!No es una adaptación!
Displasia!No es una adaptación!
NeoplasiaNeoplasia
Respuestas tisularesRespuestas tisulares
EdemaAteroma InflamaciónCicatrizaciónReparación
EdemaAteroma InflamaciónCicatrizaciónReparación
Bases biológicas de la enfermedadBases biológicas de la enfermedad