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Respira. El aire llena tus pulmones con cada inspiración, permitiendo que la sangre se sature de oxígeno. No es una característica propia del ser humano, sino que todos los animales, tanto terrestres como acuáticos. Todos necesitamos obtener oxígeno de nuestro medio para poder transformar los alimentos en energía. Aunque cada organismo emplea su propia estrategia, adaptada a sus condiciones de vida, los pulmones de los mamíferos son una de las estructuras mejor adaptadas. La gran superficie que forman los pulmones permite un intercambio gaseoso de alta eficacia, que se ha mantenido prácticamente intacto en nuestro linaje evolutivo. Sin duda, un órgano de tanta importancia debe mantenerse en perfectas condiciones para evitar que el flujo de oxígeno se vea comprometido. Es por esto por lo que el objetivo de este artículo es repasar los mecanismos de defensa pulmonar que emplean los mamíferos para mantener la integridad funcional de los mismos.

Amenazas biológicas y no biológicas

Mycobacterium tuberculosis, el agente patógeno causante de la tuberculosis, fotografiado en microscopía electrónica de barrido.

Junto con el aparato digestivo y la piel, los pulmones son los órganos más expuestos a partículas contaminantes, irritantes y peligrosas para la salud. Y no solo eso, sino que se han descrito cientos de patologías humanas causadas por virus y bacterias en el aparato respiratorio. Sin duda, esta vía de entrada resulta muy atractiva para los patógenos, ya que ofrece unas condiciones de humedad y temperatura idóneas para la conservación y proliferación de estos microorganismos.

Por poner un ejemplo, una de las patologías más antiguas y graves que han azotado a la humanidad ha sido, precisamente, de corte respiratorio: la tuberculosis. Desde hace más de quince siglos, ésta ha diezmado poblaciones enteras de nuestra especie siendo, aún hoy, una de las causas más comunes de fallecimiento por enfermedad infecciosa. El agente etiológico de la tuberculosis es la infección por Mycobacterium tuberculosis, una de las bacterias ácido-alcohol resistentes más estudiadas y que afecta típicamente al aparato pulmonar. Y no es la única, ya que enfermedades tan conocidas como la gripe, el resfriado común, el carbunco (producido por la bacteria del ántrax) y, en la actualidad, el SARS-CoV-2 causante del COVID-19 junto con el resto de sus parientes de la familia Coronaviridae (que también causan síndromes respiratorios) , son patologías asociadas a nuestras vías respiratorias. Asimismo, los pulmones tienen que enfrentarse a amenazas abióticas, es decir, agresiones que no tienen un componente biológico. La constante ventilación pulmonar implica un flujo de sustancias químicas que pueden dañar y comprometer la integridad de nuestras células pulmonares, provocando enfermedades. La exposición al tabaco, químicos de limpieza, residuos de la actividad industrial o contaminantes en la troposfera pueden ser la causa de múltiples problemas de salud en humanos.

No es difícil entender, pues, la razón del gran interés que despierta, tanto para investigadores como clínicos, entender y estudiar los sistemas defensivos y de mantenimiento de la integridad celular de las vías respiratorias y de los pulmones. Entre estos sistemas vamos a ver dos grandes tipos: la defensa anatómica y la defensa celular del sistema inmune.

Un macrófago (amarillo) fagocita a la bacteria del ántrax Bacillus anthracis (naranja) en esta fotografía hecha por microscopía electrónica de barrido. Estas células del sistema inmune forman parte de los mecanismos de defensa pulmonar fagocitando bacterias y señalizando su presencia.

Las barreras anatómicas: en primera línea

Dentro de los mecanismos de defensa pulmonar encontramos,  en primer lugar, las barreras anatómicas y celulares que permiten mantener nuestras vías respiratorias en buenas condiciones. Aunque no lo parezca, la forma de nuestra nariz es un buen reflejo de un proceso evolutivo propio, que dificulta el paso de grandes partículas al mismo tiempo que retiene otras de un tamaño más pequeño. El aire inhalado es filtrado y las partículas que contiene son atrapadas por las células del epitelio nasal. Con la ayuda de los muchos y diminutos pelos que produce este epitelio y las prolongaciones ciliares en forma de cepillo en la superficie de sus células, el epitelio del interior de la nariz funciona, en definitiva, como una gran alfombra donde el avance de partículas sólidas es realmente difícil

Al mismo tiempo, las células de nuestras vías respiratorias secretan numerosas sustancias que tienen como fin neutralizar la presencia de partículas y diversos microorganismos. Esto es lo que se conoce como moco nasal, pudiendo acumularse en grandes cantidades en presencia de alérgenos o sustancias irritantes y nocivas. Para evitar que esta acumulación sea perjudicial, el organismo ha desarrollado estrategias muy particulares, como los estornudos o la tos. Mediante diversos estímulos, como la presencia de cuerpos extraños en las vías respiratorias, los procesos irritativos o la acumulación de moco, los receptores aferentes se disparan y permiten que estos reflejos se produzcan para limpiar las vías respiratorias y mantener su integridad funcional. La rápida expulsión de aire permite desatascar nuestras vías, aunque es aprovechado por algunos virus para diseminarse de manera más fácil.

El sistema inmune, profesionales de la defensa

Un linfocito humano fotografiado por microscopía electrónica de barrido.

En cuanto a los mecanismos de defensa pulmonar a nivel celular, el pulmón se encuentra bien defendido mediante poblaciones de distintos glóbulos blancos que participan en la vigilancia inmune de este órgano. Entre estos, los macrófagos alveolares son unos de los más importantes, ya que secretan numerosos compuestos antimicrobianos, proteasas y lisozimas (enzimas que rompen las paredes celulares de las bacterias). Al mismo, tiempo fagocitan y señalizan la presencia de estos patógenos a otras poblaciones celulares mediante la secreción de compuestos químicos de la familia de las interleucinas (Ile-6 e Ile-8), mensajeros químicos cuyas funciones fisiológicas, como la vasodilatación, la inflamación y el reclutamiento de otros glóbulos blancos, permiten una defensa de gran eficacia.

Además de los macrófagos, otros tipos celulares son residentes habituales de nuestras vías respiratorias. Existen poblaciones de linfocitos B y T que se agrupan formando el tejido linfoide inducible asociado a los bronquios, también llamado iBALT, y que necesita de unas células muy curiosas para mantener su integridad funcional, una de las adaptaciones más interesantes de sistema inmune: las células dendríticas. Éstas, también llamadas células presentadoras de antígeno, participan en el proceso de reconocimiento de los antígenos llevado a cabo por los linfocitos T durante la respuesta inmune. Todo este proceso permite el desarrollo de una inmunidad adquirida que previene la reinfección por el mismo agente causal durante un periodo que se puede extender durante varios meses, como se ha demostrado en estudios recientes.

No obstante, es necesario seguir profundizando en las funciones fisiológicas e inmunológicas de este iBALT. Aún con todo, el sistema inmune no es infalible, por lo que algunos agentes infecciosos pueden ocasionar problemas en nuestro aparato respiratorio. La ya mencionada bacteria M. tuberculosis, mismamente, se vale de nuestros macrófagos para proliferar una vez que es fagocitada, resistiendo a la digestión y actuando como un parásito intracelular de estas células. Como hemos comentado, los macrófagos señalizan la presencia de estos organismos mediante la producción de una batería de interleucinas que reclutan a otras células defensivas y producen un proceso inflamatorio. En estas circunstancias de infección, tal reclutamiento no beneficia al organismo, sino que provoca la formación de agregados celulares (conocidos como granulomas) que contribuyen a la formación de la lesión tuberculosa. De esta manera, nuestros glóbulos blancos parasitados terminan funcionando como un “caballo de Troya” celular, permitiendo la evolución de la enfermedad. Este es un buen ejemplo de los métodos que algunos agentes infecciosos han desarrollado para asegurar su supervivencia aún cuando el sistema inmune se encuentra en pleno funcionamiento. Otras muchas enfermedades, como la legionelosis y las fiebres de Pontiac (causadas por Legionella pneumophila) o la psitacosis (debida a la inhalación de Chlamydia psittaci, presente a veces en los excrementos de las aves domésticas), cursan por mecanismos similares de parasitación intracelular.

El sistema inmune no es suficiente

En síntesis, desde el punto de vista anatómico y celular, los mecanismos de defensa pulmonar mantienen la correcta integridad del tejido. Aún con todo, es necesario proteger nuestras vías aéreas de las agresiones externas para mantener su buen funcionamiento. Por lo general, el sistema respiratorio de una persona de salud correcta y cuidados adecuados puede hacerse cargo de muchas infecciones, pero no podemos ignorar la diversidad genética que presentamos, así como la dureza de algunos patógenos especiales y el deterioro que las diferentes sustancias contaminantes inhaladas. Así pues, no todas las personas somos genéticamente igual de resistentes a ciertas infecciones y para otras tantas necesitaremos antibióticos y otros medicamentos que nos ayuden a combatir los patógenos y los síntomas de la enfermedad. La calidad del aire, especialmente, está relacionada a medio y largo plazo con la salud de nuestros pulmones y vías respiratorias. Los humos y material particulado, no sólo del tabaco, sino también de los coches y las fábricas, dañan nuestras mucosas y epitelios respiratorios. Por un lado, pueden inducir mutaciones en nuestras células, incrementando el riesgo de ser más vulnerables a las enfermedades o a padecer alguna forma de cáncer. En otros casos, pueden acumularse en nuestros pulmones y generar dolencias por sí mismos, como ocurre en algunas enfermedades profesionales como las silicosis y asbestosis, originadas por la inhalación de polvo de cuarzo y asbestos que dañan a nivel microscópico los alvéolos pulmonares y pueden conducir a enfermedades incurables y letales.

Para seguir respirando, es vital que cuidemos nuestro entorno, reduciendo emisiones de gases dañinos con el medio ambiente y con nuestra salud, al mismo tiempo que fomentamos planes de actuación para prevenir el tabaquismo, sobre todo en edades tempranas donde el desarrollo del tejido pulmonar e inmune es más importante. Todo esto con una única finalidad: proveer a nuestras células de ese gas vital que es el oxígeno.

 

Autor Valen Estévez Souto

Graduado en Biología y Máster en Genética y Genómica por la Universidad de Santiago de Compostela. PhD student en Medicina Molecular. Investigador del Laboratorio de Células Madre en Cáncer y Envejecimiento (stemChus) del Instituto de Investigación Sanitaria de Santiago de Compostela (IDIS).

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