Epitelio respiratorio: El sistema respiratorio se filtra constantemente a través del ambiente externo mientras los humanos respiran aire. Las vías respiratorias deben mantener la capacidad de limpiar los patógenos, alérgenos y desechos inhalados para mantener la homeostasis y prevenir la inflamación.
El sistema respiratorio se subdivide en una parte conductora y una parte respiratoria. La mayor parte del árbol respiratorio, desde la cavidad nasal hasta los bronquios, está revestido por un Epitelio cilíndrico pseudoestratificado ciliado. Los bronquiolos están revestidos por un epitelio simple columnar al cuboidal, y los alvéolos poseen un revestimiento de epitelio escamoso delgado que permite el intercambio de gases.
Estructura (epitelio respiratorio)
Hay cuatro capas histológicas principales dentro del sistema respiratorio: la mucosa respiratoria, que incluye el epitelio y la lámina propia de soporte, la submucosa, la capa cartilaginosa y/o muscular y la adventicia. El epitelio respiratorio es un epitelio columnar pseudoestratificado y cilíndrico que se encuentra en el revestimiento de la mayor parte de las vías respiratorias; no está presente en la laringe o la faringe.
El epitelio se clasifica como pseudoestratificado; aunque es una única capa de células a lo largo de la membrana basal, la alineación de los núcleos no está en el mismo plano y aparece como múltiples capas. La función de este tipo único de epitelio es funcionar como una barrera contra los patógenos y las partículas extrañas; sin embargo, también opera previniendo la infección y las lesiones de los tejidos mediante el uso del elevador mucociliar.
La porción conductora
La pieza conductora del sistema respiratorio consiste en la cavidad nasal, la tráquea, los bronquios y los bronquiolos. Las superficies lumínicas de toda esta porción tienen un revestimiento de epitelio cilíndrico columnar pseudoestratificado y contienen células caliciformes.
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Su papel es secretar moco que sirve como la primera línea de defensa contra los patógenos ambientales entrantes. Los ciliados mueven las partículas de moco hacia arriba y hacia afuera para su expulsión del cuerpo. Los diversos tipos y abundancia de células dependen de la región de las vías respiratorias en la que se encuentran.
En la vía respiratoria más próxima, los anillos de cartílago hialino sostienen los pasajes respiratorios más grandes, a saber, la tráquea y los bronquios, para facilitar el paso del aire. En esta región se encuentran tres tipos principales de células: células secretoras ciliadas, no ciliadas y células basales.
Las células ciliadas, cada una revestida con 200 a 300 cilios, representan más de la mitad de todas las células epiteliales de las vías respiratorias conductoras. A medida que continúa el grado de ramificación dentro del árbol de las vías respiratorias, el epitelio cambia gradualmente de pseudoestratificado a cuboidal simple; y las células predominantes se convierten en células no ciliadas, células de Clara.
La porción de intercambio de gas
La región respiratoria o de intercambio de gases del pulmón está compuesta por millones de alvéolos, que están revestidos por un epitelio escamoso extremadamente fino y simple que permite la fácil difusión del oxígeno y el dióxido de carbono.
Además, las células cuboidales que segregan surfactante, los neumocitos de tipo II, también se encuentran en las paredes de los alvéolos. El surfactante, que está compuesto principalmente por dipalmitoilfosfatidilcolina, tiene un papel vital en la disminución de la tensión superficial del agua para permitir un efectivo intercambio de gases.
Los neumocitos de tipo I son células aplanadas que crean una barrera de difusión muy fina para los gases. Se encuentran uniones estrechas que conectan una célula con otra. Las principales funciones de los neumocitos de tipo I son el intercambio de gases y el transporte de fluidos.
Los Neumocitos de Tipo II secretan surfactante, que disminuye el área de superficie entre las paredes alveolares delgadas, y evita que los alvéolos colapsen durante la exhalación. Estas células se conectan al epitelio y a otras células constituyentes por uniones apretadas. Los neumocitos de tipo II también juegan un papel vital al actuar como células progenitoras para reemplazar a los neumocitos de tipo I dañados o lesionados.
Función del epitelio respiratorio
Al igual que la piel protege a los humanos de los patógenos e irritantes externos, el epitelio respiratorio actúa para proteger y limpiar eficazmente las vías respiratorias y los pulmones de los patógenos e irritantes inhalados.
La división del sistema respiratorio en vías respiratorias conductoras y respiratorias delinea su función y sus papeles. La porción conductora, que consiste en la nariz, la faringe, la laringe, la tráquea, los bronquios y los bronquiolos, que sirven para humedecer, calentar y filtrar el aire. La porción respiratoria está involucrada en el intercambio de gases.
Hay tres tipos principales de células que se encuentran en el epitelio respiratorio, y cada una tiene un papel vital en la regulación de la forma en que los humanos respiran. Si alguno de estos componentes de la barrera no funciona correctamente, el cuerpo se vuelve susceptible de adquirir infecciones, patógenos o inducir inflamación, y de perturbar la hemostasia.
Humidificación y calentamiento
La humidificación requiere de secreciones serosas y mucosas, y el calentamiento depende de la extensa red capilar que se encuentra dentro de los alvéolos. Los alvéolos también están ampliamente envueltos por capilares que permiten que el aire sea acondicionado y calentado por el plexo vascular que los rodea y proporciona el intercambio de calor.
Las ramificaciones de las arterias y venas del sistema pulmonar siguen un patrón de ramificación similar al del árbol de las vías respiratorias. Las paredes de las arterias y venas pulmonares son más delicadas que la vasculatura de otras regiones del cuerpo, ya que la circulación pulmonar funciona a una presión inferior a la de la circulación sistémica.
Filtración
La filtración se produce por el mecanismo de atrapamiento de las secreciones mucosas y el golpeteo ciliar. Este proceso permite que las partículas atrapadas se desplacen hacia la garganta, donde el moco es tragado o expulsado por el cuerpo.
Las células caliciformes son células epiteliales columnares que secretan glicoproteínas de mucina de alto peso molecular en el lumen de la vía respiratoria y proporcionan humedad al epitelio al tiempo que atrapan las partículas y los patógenos entrantes.
En una vía respiratoria sana, las células ciliadas son células epiteliales columnares que se modifican con cientos de proyecciones similares a las del pelo, que laten a una frecuencia rápida de aproximadamente 8 a 20 Hz, movilizando el moco que se encuentra descansando sobre ellas.
Defensa de los oxidantes y respuesta a las lesiones
Las células que se encuentran en el epitelio respiratorio luchan continuamente contra las partículas y los patógenos inhalados y se regeneran después de una lesión. Las células basales, que son pequeñas células casi cuboidales, unidas a la membrana basal por hemidosomas, pueden diferenciarse en otros tipos de células que se encuentran en el epitelio.
Las células basales proporcionan un sitio de unión para las células ciliadas y caliciformes a la lámina basal. También responden a las lesiones y actúan en la defensa oxidante del epitelio de las vías respiratorias y el movimiento transepitelial de agua.
Intercambio de gases
Dentro de los cientos de millones de sacos alveolares microscópicos, se produce el intercambio de oxígeno por dióxido de carbono. El aire inhalado se difunde a través de los alvéolos hacia los capilares pulmonares y, al mismo tiempo, el dióxido de carbono de la sangre desoxigenada se difunde hacia los capilares y luego hacia los alvéolos y es expulsado a través de las vías respiratorias al producirse la exhalación.
Luz de microscopía
La microscopía de luz de las muestras teñidas de hematoxilina y eosina (H&E) del tejido respiratorio revela un epitelio pseudoestratificado. El término «pseudoestratificado» se da a este tipo de epitelio ya que parece estar estratificado, pero todas las células que lo componen están en realidad adheridas a una membrana basal subyacente.
Los núcleos aparecen en niveles variables, causando la aparición de epitelio estratificado. Con la tinción de H&E vista bajo el microscopio de luz, la membrana basal aparece como una línea rosada claramente delineada. Las células caliciformes, con gránulos de mucinógeno, también se encuentran dispersas entre el epitelio, y las células basales están presentes en el aspecto basal del epitelio, actuando como células progenitoras para otros tipos de células.
Las células que alcanzan la superficie libre o apical del epitelio están ciliadas, apareciendo con proyecciones finas, «como de pelo». Cada cilindro está dado por un cuerpo basal, que aparece como una densa línea eosinofílica.
El epitelio de la tráquea aparecerá como una estrecha región de color rosado inmediatamente basal al epitelio como resultado de su inusualmente gruesa membrana basal. Fuera de las capas de tejido conectivo, los anillos de cartílago en forma de C mantienen el lumen de la tráquea patente.
La transición de la tráquea a los bronquios se hace evidente por la aparición de «placas» en lugar de anillos hialinos en forma de C. Además, una capa de músculo liso está presente entre la lámina propia y la submucosa.
Los bronquiolos se pueden diferenciar de los bronquios por la ausencia en las estructuras cartilaginosas y la ausencia de glándulas. La transición a los bronquiolos respiratorios se muestra por la presencia de alvéolos en sus paredes y la reducción gradual de la altura del epitelio. Los grupos de alvéolos, llamados sacos alveolares, se hacen visibles, apareciendo como pequeños bultos de músculo liso, fibras elásticas y colágeno.
Microscopía electrónica
La microscopía electrónica (EM) puede utilizarse para visualizar tipos de células individuales y características ultraestructurales del epitelio que se encuentra en las muestras de tejido respiratorio.
A nivel de la tráquea y del revestimiento de la tráquea, la microscopía electrónica delinea los diferentes tipos de células: células basales, células caliciformes y células ciliadas, así como sus orgánulos y componentes citoplasmáticos asociados. El epitelio ciliado con microvellosidades se ve bien debajo de la EM, una sección transversal de los cilios permite la visualización de las disposiciones típicas 9 + 2 de microtúbulos dentro del citoplasma.
El nivel del alvéolo revela la barrera aire-sangre extremadamente delgada formada por neumocitos tipo I, endotelio capilar y la lámina basal fusionada. Además, los neumocitos de tipo II se ven de forma distintiva en los neumocitos de tipo I, más delgados y delicados. Las células de tipo II contienen cuerpos lamelares, retículo endoplásmico rugoso, fibras de Golgi y reticulares, así como microvellosidades.
Fisiopatología
Hay una serie de enfermedades que afectan al sistema respiratorio, que pueden deberse a algún grado de función de barrera defectuosa, a una mutación genética o a un proceso inflamatorio. A continuación se describen algunas de las principales enfermedades que afectan a la respiración.
Aunque no es exhaustiva, la importancia del buen funcionamiento del sistema respiratorio y lo que ocurre cuando un componente funciona mal puede apreciarse sobre la base de las pocas enfermedades seleccionadas que se examinan a continuación.
Asma
El asma es una enfermedad inflamatoria que resulta en la remodelación de las paredes de las vías respiratorias y causa una respuesta de hiperreactividad de los desencadenantes ambientales, con la sobreproducción de moco.
El asma es una condición de salud común y crónica que afecta tanto a adultos como a niños. La incidencia está aumentando y plantea una fuerte preocupación por los impactos en la salud, la carga económica y la calidad del medio ambiente.
La causa del asma es la inflamación y el edema de las vías respiratorias que resulta en broncoespasmos que bloquean la entrada de aire en los pulmones. Puede ser desencadenada por factores ambientales como el polvo, el polen, los desechos y los patógenos.
La respuesta a tales desencadenantes es la broncoconstricción, un proceso en el que el músculo liso se tensa y estrecha el calibre de los bronquios y bronquiolos, lo que resulta en sibilancias y falta de aliento. La broncoconstricción se produce a través de una serie de complejas interacciones entre el epitelio de la mucosa, los mastocitos, los músculos lisos y el sistema nervioso parasimpático.
Fibrosis quística
La fibrosis quística es una enfermedad que antes tenía una esperanza de vida de unos pocos meses y ahora tiene una vida media de unos 40 años. Requiere un diagnóstico temprano y un tratamiento optimizado, específico de la mutación, para mantener la calidad de vida de los pacientes.
La fibrosis quística es una patología autosómica recesiva causada por una mutación en el gen regulador de la conductancia transmembrana de la fibrosis quística (CFTR) más comúnmente el gen phe508del. La proteína CFTR funciona como un canal iónico que regula la cantidad de líquido a través de la secreción de cloruro y la inhibición de la absorción de sodio de las glándulas exocrinas.
El transporte de cloruro y bicarbonato juega un papel importante en la regulación del grosor del líquido del revestimiento epitelial, manteniendo el pH y detectando la presencia de patógenos o irritantes entrantes. Cuando no se controla, el aumento de la reabsorción de sodio hace que el agua siga y resulta en secreciones mucosas espesas en casi todos los sistemas de órganos.
Aunque se han descrito miles de mutaciones del CFTR, cada mutación se manifiesta con efectos variables en el gen y puede resultar en diferentes manifestaciones fenotípicas en los pacientes, algunas resultando en una enfermedad más leve, otras en un pronóstico mucho más severo. La fibrosis quística puede afectar a múltiples sistemas de órganos, desde los pulmones hasta el tracto digestivo, el páncreas, el hígado o los órganos reproductivos.
En la mayoría de los pacientes, la fibrosis quística lleva a una enfermedad pulmonar crónica y progresiva y eventualmente a la muerte. Las exacerbaciones recurrentes e infecciosas conducen a cambios estructurales y a daños en el sistema respiratorio.
Estas complicaciones, a su vez, dictan los objetivos del tratamiento de esta condición: mejorar la depuración mucociliar y reducir la frecuencia de las infecciones bacterianas, al tiempo que se pretende mejorar la calidad de vida.
Disquinesia ciliar
El sistema respiratorio depende en gran medida de la capacidad de los cilios para desplazar la mucosidad y los materiales inhalados hacia las vías respiratorias proximales y alejarlos de las vías respiratorias inferiores. La discinesia ciliar primaria (DCP) a menudo presenta anomalías en el situs, enfermedades sinusales o pulmonares crónicas y una motilidad anormal de los espermatozoides.
El movimiento ciliar desempeña un papel en muchos órganos del cuerpo. Cuando se altera, se manifiesta en varios sistemas de órganos. En el sistema respiratorio, la alteración de la depuración mucociliar se produce y da lugar a infecciones recurrentes de los senos, los oídos y los pulmones.
En el tracto reproductivo, tanto la motilidad del esperma de los flagelos como las fimbrias de las trompas de Falopio se ven afectadas y a menudo conducen a la infertilidad. El situs invertus se produce como resultado de cilios defectuosos durante la embriogénesis, ya que se requieren cilios de funcionamiento normal en la rotación visceral de los órganos.
El diagnóstico de la PCD, aunque es complejo y a menudo se pasa por alto o se diagnostica erróneamente, a menudo implica el análisis de los cilios a nivel ultraestructural y pruebas genéticas moleculares con uno de los 33 genes asociados con la PCD. La tríada de sinusitis crónica, bronquiectasia y situs invertus, resultante de la discinesia ciliar se conoce como el síndrome de Kartagener.
Importancia clínica
La importancia clínica de las enfermedades respiratorias en el contexto de la histología y la función es un tema complejo y amplio. Hay una multitud de condiciones y enfermedades que afectan al sistema respiratorio.
La comprensión de la microanatomía y el funcionamiento del sistema respiratorio es fundamental para el mecanismo de cada una de las enfermedades del sistema respiratorio.
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