Citólisis
Definición de citólisis
La citólisis, también conocida como lisis osmótica, ocurre cuando una célula estalla y libera su contenido al ambiente extracelular debido a una gran entrada de agua en la célula, excediendo con creces la capacidad de la membrana celular para contener el volumen extra. Esta es una preocupación particularmente para las celdas que no tienen una pared celular resistente para resistir la presión interna del agua.
El agua puede difundirse lentamente a través de la bicapa lipídica de la membrana celular, pero el transporte rápido requiere la presencia de canales transmembrana selectivos llamados acuaporinas. Estas proteínas integrales de membrana permiten el movimiento del agua al tiempo que evitan el acceso a muchos solutos e iones.
Las células suelen tener una concentración de sal e iones más alta que su entorno inmediato, especialmente en organismos unicelulares que viven en cuerpos de agua dulce y esto puede provocar la entrada de agua. La mayoría de las células tienen mecanismos internos para hacer frente al movimiento constitutivo del agua. Sin embargo, cuando hay un cambio repentino en la tonicidad del entorno extracelular o un cambio en la estructura de la membrana, el agua puede inundar la célula y hacer que estalle.
La imagen muestra el impacto de la concentración de iones extracelulares en la estructura celular. La citólisis es una causa de muerte celular en organismos multicelulares cuando sus fluidos corporales se vuelven hipotónicos y se considera un efecto secundario de sufrir un derrame cerebral. Algunas partículas virales replicadas también utilizan la lisis osmótica para salir de su célula huésped y continuar el proceso infeccioso.
Sin embargo, la citólisis también tiene un papel funcional y es utilizada por el sistema inmunológico para destruir selectivamente las células tumorales o las infectadas por algunos patógenos.
Tipos de citólisis
La citólisis puede estar causada por muchos factores, desde la tonicidad del líquido extracelular hasta la actividad de otras células que afectan la estructura de la membrana celular.
Citólisis por ambiente hipotónico
Cuando las células se colocan en un entorno de agua pura, el agua inunda la célula y hace que estalle. Por ejemplo, los glóbulos rojos se someterán a hemólisis cuando se colocan en agua destilada y esto se puede medir a partir de la aparición de hemoglobina en la solución. Una solución que contiene 0,9 g de cloruro de sodio (NaCl o sal común) en 100 ml de agua se considera isotónica o que contiene la misma concentración de sal que el interior de un glóbulo rojo. Las soluciones con concentraciones de sal más bajas harán que estas células exploten. Por lo tanto, las inyecciones intravenosas de agua destilada pura pueden ser extremadamente dañinas, especialmente para las frágiles membranas celulares de los eritrocitos o glóbulos rojos.
Citólisis por patógenos
Los virus son muy específicos en la elección del anfitrión. Además, la mayoría de ellos están adaptados para infectar no solo un organismo en particular, sino un tipo de célula específico dentro del huésped. Los virus no pueden funcionar fuera de su anfitrión y necesitan secuestrar la maquinaria celular para someterse al metabolismo e iniciar la reproducción. Sin embargo, después de múltiples rondas de duplicación, la presencia de partículas de virión puede abrumar a la célula huésped. En este punto, los virus pueden comprometer la membrana celular de una manera que conduce a la entrada de agua y eventualmente a la citólisis. Una vez que la célula se somete a lisis, se liberan virus, lo que les permite repetir el ciclo infeccioso con nuevas células huésped en el mismo tejido.
La especificidad de los virus para su huésped puede potencialmente explotarse en la terapia del cáncer. El fenómeno de los virus que inducen la remisión del cáncer se ha observado desde el siglo XIX. Muchos virus infectan preferentemente las células cancerosas mientras dejan intactas las células normales porque la malignidad amortigua la respuesta antiviral de una célula. Estos virus pueden inducir la citólisis en las células tumorales y contribuir así al tratamiento. En 2011, se informó que una partícula de virus inducía citólisis en líneas de células tumorales, células iniciadoras de tumores y tejido tumoral primario de pacientes. En 2015, la FDA de EE. UU. Aprobó la primera terapia de melanoma viral.
Se ha observado citólisis bacteriana debido a un crecimiento excesivo de lactobacilos en la vagina. La vagina de las mujeres adultas normalmente está colonizada por lactobacillus y, en pequeñas cantidades, estas bacterias protegen contra las infecciones fúngicas. Sin embargo, algunas mujeres presentan síntomas de infección por hongos que es resistente al tratamiento con medicamentos antimicóticos. En estos casos, las mujeres con secreción abundante, picazón y sin bacterias u hongos patógenos en los frotis húmedos también muestran una mayor abundancia de lactobacilos. La secreción es causada por la citólisis de las células epiteliales vaginales debido a una infección bacteriana por lactobacilos.
Citólisis por el sistema inmunológico
El sistema inmunológico utiliza una variedad de métodos para inducir la citólisis, tanto en patógenos como en células cancerosas o infectadas del cuerpo. Entre los mediadores más potentes de la citólisis en el sistema inmunológico se encuentran las células T y las células asesinas naturales (NK). Ambas células pueden inducir a una célula a sufrir apoptosis o liberar proteínas llamadas perforinas que forman canales en la membrana celular. Cuando el agua entra en la célula a través de estos canales, sufre una lisis osmótica. Además, las células NK también pueden actuar a través del sistema inmune adaptativo, interactuando con las células T, así los anticuerpos liberados de células B. A través del anticuerpo y el sistema del complemento, las células patógenas se pueden lisar mediante la formación de una estructura transmembrana anular en la membrana celular por las proteínas del complemento.
Este método de citólisis puede dar lugar a una complicación importante cuando existe histoincompatibilidad entre la madre y el feto. Cuando un tipo particular de anticuerpo (IgG) atraviesa la placenta y reconoce antígenos en la sangre fetal, puede activar el sistema del complemento y la inmunidad innata, lo que hace que esos glóbulos rojos se sometan a hemólisis. El niño nace con síntomas similares a los de la ictericia.
Las células asesinas naturales también son cruciales para el mecanismo de defensa del cuerpo contra la formación de tumores. Cuando las células cancerosas regulan negativamente la expresión de los antígenos de superficie, las células poderosas del sistema inmunológico adaptativo no pueden reconocer estas células ni montar una respuesta inmunitaria contra ellas. Las células NK pueden activar una respuesta inflamatoria, atraer otras células citotóxicas y juntas inducir la lisis osmótica o la apoptosis en las células precursoras de tumores.
Funciones de la citolisis
La citólisis se usa a menudo como una herramienta de supervivencia para varias células. Mientras que los organismos unicelulares y los patógenos lo usan para repeler el ataque o para obtener acceso a nuevos huéspedes, los organismos multicelulares usan la citólisis durante una respuesta inmune o para eliminar células dañadas y peligrosas de su cuerpo.
Prevención de la citólisis
A pesar de sus múltiples usos, es importante que un organismo controle cuándo y cómo ocurre la citolisis. Las plantas tienen un mecanismo de defensa natural contra la citólisis porque contienen una pared celular resistente. Cuando una célula vegetal se coloca en un ambiente hipotónico y el agua entra, la pared celular ejerce una presión opuesta sobre la membrana celular, evitando que se expanda o se rompa. En un ambiente hipertónico, la célula sufre una pérdida de agua, también conocida como plasmólisis. En una solución isotónica, hay una cantidad igual de agua que entra y sale de la celda, dejando intacto su volumen total. En soluciones hipotónicas, a medida que el agua entra en la célula, la vacuola absorbe gran parte del exceso de agua, protegiendo lacitoplasma de la dilución.
La pared celular también crea una presión inversa, lo que hace que el agua salga de la celda, mieKterno.
Los protistas unicelulares como la ameba y el paramecio contienen un orgánulo llamado vacuola contráctil que participa en la prevención de la citólisis. Es una estructura pulsante que experimenta ciclos repetidos de diástole (agua que entra en la vacuola) y sístole (agua que se bombea fuera de la célula). No se conoce el mecanismo exacto de estas contracciones, pero estos orgánulos parecen funcionar incluso cuando las células se colocan en una solución con alta concentración de sal.
Los organismos multicelulares suelen tener un mecanismo sofisticado para garantizar que todas sus células estén bañadas en una solución isotónica. En los seres humanos y otros mamíferos, este es el sistema de órganos excretores formado por las unidades funcionales de las nefronas en el riñón. A medida que la sangre se filtra en el riñón, las sales, los iones, los productos de desecho, el amoníaco y el exceso de agua se eliminan y expulsan a intervalos regulares, lo que permite que el organismo mantenga la homeostasis. Si hay un aumento en la ingesta de agua, hay un aumento concomitante en la eliminación de agua a través del sistema excretor.. Este sistema está bajo la regulación de una elaborada red de hormonas y otras respuestas fisiológicas y asegura que todas las células dentro del cuerpo estén principalmente expuestas a un líquido extracelular isotónico. Las células presentes en la interfaz con el mundo exterior, ya sea en la piel o en el revestimiento del sistema digestivo, están protegidas de la citólisis a través de una capa hidrófoba hecha de aceites o ceras.
En ocasiones, el sistema excretor se ve abrumado cuando un organismo de repente absorbe una gran cantidad de agua en relación con las reservas de sal del cuerpo. Esto se llama intoxicación por agua y los síntomas surgen del efecto de la citólisis en las células del cerebro.
Términos de biología relacionados
- Sistema inmunológico adaptativo: un subconjunto del sistema inmunológico en los vertebrados que es capaz de tener memoria inmunológica. La segunda exposición y las posteriores a un patógeno en particular provocan respuestas rápidas y especializadas.
- Crenación: contracción de una célula después de la exposición a una solución hipertónica.
- Tonicidad: medida de la concentración relativa de solutos en dos soluciones separadas por una membrana semipermeable. La tonicidad determina la dirección y extensión de la difusión a través de la membrana.
- Presión de turgencia: presión del agua que empuja la membrana celular contra la pared celular de una célula vegetal.
