Bases biológicas de la enfermedad Bioingeniería - UNER Cátedra de Fisiopatología Prof. Dr. Armando Pacher Dr. Roberto Lombardo 2013

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


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


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


Muerte celularMuerte celular Necrosis y ApoptosisNecrosis y Apoptosis

célulanormal

célulanormal

equilibriohomeostático


situacionesfisiológicas


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


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


célulanormal

célulanormal







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


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Bases biológicas de la enfermedad Bioingeniería - UNER Cátedra de Fisiopatología Prof. Dr. Armando Pacher Dr. Roberto Lombardo 2013