La fagocitosis es uno de los mecanismos de defensa más básicos y, al mismo tiempo, más eficaces del cuerpo humano. El correcto funcionamiento del proceso de fagocitosis es un componente esencial de una adecuada respuesta inmune. Descubra qué es exactamente la fagocitosis, cómo funciona la fagocitosis, por qué es necesaria la fagocitosis y qué efectos pueden tener los trastornos de la fagocitosis.
La fagocitosis es la ingestión de patógenos, fragmentos de células muertas y partículas diminutas por células especializadas llamadas fagocitos. La fagocitosis se puede comparar con la "limpieza" a nivel celular: permite que las células se deshagan de elementos innecesarios o peligrosos.
Tabla de contenido:
- ¿Qué es la fagocitosis?
- El papel de la fagocitosis en el cuerpo.
- ¿Qué células tienen la capacidad de fagocitar?
- Fagocitosis - tipos
- fagocitosis espontánea (llamada nativa)
- fagocitosis facilitada
- Fagocitosis - etapas
- Fagocitosis - ¿y ahora qué?
- Formas de evitar la fagocitosis por microorganismos
- Trastornos de fagocitosis
- Enfermedad granulomatosa crónica
- Síndrome de Chediak-Higashi
¿Qué es la fagocitosis?
La fagocitosis es un proceso biológico en el que una célula absorbe partículas extrañas. El fenómeno de la fagocitosis es común en muchos organismos vivos; los más primitivos (por ejemplo, los protozoos) utilizan la fagocitosis como una forma de tomar alimentos del entorno externo.
En los seres humanos, la capacidad de fagocitar es utilizada principalmente por las células del sistema inmunológico.
La fagocitosis pertenece a los mecanismos de inmunidad innata o inespecífica. El proceso de fagocitosis es por tanto una de las primeras y básicas líneas de defensa de nuestro organismo. Además de su papel en el sistema inmunológico, la fagocitosis es de gran importancia para mantener la homeostasis (o equilibrio) de los tejidos.
La fagocitosis permite la eliminación de las células muertas y dañadas del propio organismo, lo que a su vez permite la regeneración y reconstrucción eficiente de todos los tejidos.
La fagocitosis es uno de los tipos de endocitosis, es decir, la transferencia de moléculas del entorno externo al interior de la célula. En la fagocitosis, las partículas sólidas se absorben: la célula fagocítica primero las rodea con un fragmento de su propia membrana celular y luego lo atrae hacia adentro. Esto crea una vesícula que contiene una partícula absorbida, llamada fagosoma.
El contenido del fagosoma luego se digiere con una variedad de químicos y enzimas. Todo el proceso se asemeja a la "ingestión" de la partícula por la célula, lo que también se refleja en el término fagocitosis.
El nombre proviene del griego phagein, que significa "comer, devorar".
La fagocitosis tiene lugar en nuestro cuerpo todo el tiempo: miles de millones de fagocitos "comen" constantemente microorganismos peligrosos, fragmentos de células muertas o partículas innecesarias. Es un proceso común, aunque extremadamente complicado.
El reconocimiento correcto de la diana por parte de la célula fagocítica y la interacción adecuada entre el fagocito y la diana de "ataque" requieren la colaboración continua de una variedad de proteínas, moléculas de señalización, anticuerpos y células auxiliares.
El papel de la fagocitosis en el cuerpo.
No es difícil adivinar que la aplicación básica del proceso de fagocitosis es la defensa de nuestro organismo frente a patógenos. La penetración de un agente infeccioso en el cuerpo inicia una cascada de señales para "llamar" a las células fagocíticas al sitio de la infección.
Comienza la inflamación aguda, cuya función es neutralizar el patógeno. Los fagocitos fluyen con la sangre hacia la lesión, constituyendo uno de los mecanismos más importantes de la respuesta inmune primaria. En el sitio de la inflamación, los fagocitos "comen" tanto los patógenos como las células dañadas por ellos.
En el curso de la infección estamos ante otro tipo de fagocitosis muy importante. Es la llamada eferocitosis.
El proceso de eferocitosis implica tragar células que mueren cuando la inflamación cede. Una vez que los fagocitos han cumplido su función y eliminado los patógenos, se vuelven innecesarios.
Luego mueren de forma natural, seguida de eferocitosis, que es "limpiar el campo de batalla". Este tipo de fagocitosis reduce la inflamación y permite que el cuerpo vuelva a su estado anterior a la infección.
Llegados a este punto cabe destacar que la muerte de las células de nuestro organismo es un proceso que se da de forma constante, no solo como consecuencia de una infección. Cada celda tiene una vida útil específica, después de la cual muere y es reemplazada por una nueva. El proceso de muerte celular programada se llama apoptosis.
La apoptosis es un fenómeno natural que permite que nuestros tejidos se renueven constantemente. Para que las células moribundas sean reemplazadas por sus nuevas contrapartes, primero deben limpiarse. Como puede adivinar fácilmente, esta también es la tarea de los fagocitos.
Las células apoptóticas (moribundas) emiten señales especiales en la superficie de sus membranas celulares, que permiten su reconocimiento y neutralización por parte de los fagocitos.
En este caso, la fagocitosis ocurre sin inflamación. Así vemos que la fagocitosis no es solo un método de defensa frente a microorganismos extraños, sino también un proceso que permite el desarrollo, remodelación y renovación de todos los tejidos.
¿Qué células tienen la capacidad de fagocitar?
Las células capaces de realizar fagocitosis se denominan fagocitos. Dependiendo de la eficiencia y efectividad de la fagocitosis, distinguimos los llamados fagocitos profesionales y no profesionales.
Los fagocitos no profesionales se ocupan de la fagocitosis de forma "ocasional"; este proceso no es su tarea principal. A veces, sin embargo, hay partículas / fragmentos de células muertas en las proximidades de estas células que requieren limpieza.
Luego muestran una cierta actividad fagocítica, aunque en comparación con los fagocitos profesionales, es significativamente limitada y menos efectiva. Muchos tipos de células se clasifican como fagocitos no profesionales, incl. células epiteliales, algunas células del tejido conectivo, así como endotelio vascular.
Los fagocitos profesionales son las principales células responsables de la fagocitosis en nuestro organismo. Entre ellos, distinguimos principalmente neutrófilos, monocitos y macrófagos. Estas células pertenecen a la familia de los leucocitos o glóbulos blancos, que realizan principalmente funciones inmunes. Los tres tipos de fagocitos profesionales se especializan en fagocitosis, aunque cada uno lo realiza de manera ligeramente diferente.
Los neutrófilos son las principales células responsables del desarrollo de la inflamación aguda. En circunstancias normales, los neutrófilos circulan con la sangre por todo el cuerpo. Cuando comienza una infección, estas células se agrupan inmediatamente en el foco de la enfermedad. La fagocitosis mediada por neutrófilos es rápida e intensa: estas células tienen una amplia variedad de formas de inactivar los patógenos absorbidos.
Los monocitos, como los neutrófilos, circulan en el torrente sanguíneo, sin embargo, pueden abandonar el torrente sanguíneo y colonizar varios tejidos. Los monocitos maduros luego se transforman en macrófagos tisulares. La fagocitosis mediada por macrófagos es menos rápida y mucho más lenta. Los macrófagos son el principal conjunto de células que se encuentran en los sitios de inflamación crónica.
Fagocitosis - tipos
La fagocitosis es un proceso complicado que depende del tipo de célula fagocítica, el objeto que se somete a la fagocitosis y muchas moléculas intermedias. Hay dos vías básicas de fagocitosis:
- fagocitosis espontánea (llamada nativa)
Es una fagocitosis de aparición relativamente lenta que rara vez participa en la respuesta antimicrobiana. El papel de la fagocitosis espontánea es eliminar las células muertas y "limpiar" los elementos innecesarios dentro de los tejidos. Para iniciar la fagocitosis espontánea, es necesario estimular el llamado "receptores de barrido" presentes principalmente en los macrófagos. Este tipo de fagocitosis es de naturaleza antiinflamatoria.
- fagocitosis facilitada
La fagocitosis facilitada es mucho más rápida y eficaz que la fagocitosis espontánea. Como resultado, es muy eficaz para destruir patógenos. Para que el proceso de fagocitosis tenga lugar de manera tan intensa, es necesario, como sugiere el nombre, algunas instalaciones.
¿Cómo pueden los fagocitos facilitar su actividad? Uno de los métodos más comunes es el "marcado" especial de los objetos que deben desecharse. Este proceso se llama opsonización.
La esencia de la opsonización es la unión de ciertas moléculas a la superficie del microorganismo. Este patógeno "marcado" es rápidamente atacado y destruido por las células alimentarias. Las moléculas que permiten la opsonización se denominan opsoninas. Se trata principalmente de anticuerpos y componentes de los llamados el sistema del complemento.
Las opsoninas reconocen eficazmente los patógenos, los marcan y, por lo tanto, facilitan significativamente el curso del proceso de fagocitosis.
Fagocitosis - etapas
Ya sabemos qué células, cuándo y por qué se ocupan de la fagocitosis. Intentemos seguir de cerca este proceso:
1. Activación y afluencia de fagocitos al sitio de infección
La penetración del microorganismo en el cuerpo provoca la estimulación inmediata del sistema inmunológico. Las células en la puerta de la infección comienzan a enviar una señal de una amenaza existente.
Las moléculas mensajeras (principalmente las llamadas citocinas proinflamatorias) se extienden por el torrente sanguíneo. De esta manera, los fagocitos "aprenden" que se han infectado y se activan.
Los fagocitos activados llegan al lugar de la infección con la sangre. La afluencia eficiente de fagocitos a la ubicación correcta es posible gracias a los llamados quimiotaxis. Es un proceso de movimiento celular dirigido bajo la influencia de señales químicas.
Los fagocitos activos también tienen la capacidad de atravesar las paredes de los vasos sanguíneos, creando un infiltrado inflamatorio en el sitio de la infección.
2. Reconocimiento del patógeno
Cuando los fagocitos llegan al sitio de la infección, comienzan a reconocer los patógenos. Este proceso a menudo se ve facilitado por otras moléculas (consulte la sección 4 para obtener información sobre la fagocitosis facilitada). Cada fagocito tiene en la superficie de su membrana celular el llamado receptores, es decir, proteínas que permiten el reconocimiento de diversas moléculas.
Cuando se estimulan los receptores responsables de reconocer los microorganismos, el fagocito se une estrechamente al objetivo de su ataque.
3. Absorción del patógeno
El fagocito "pegado" al patógeno inicia el proceso de su absorción. La membrana de la célula del fagocito comienza a rodear al patógeno, "trepando" por sus bordes. Esto crea una vesícula que contiene el microorganismo. Esta vesícula, llamada fagosoma, se encuentra ahora dentro de la célula fagocítica. Para que el microorganismo sea completamente inofensivo, es necesario destruir el contenido del fagosoma.
Digestión del contenido del fagosoma
Para que se digiera el contenido del fagosoma, es necesario administrar enzimas digestivas en su interior. Estas enzimas se almacenan en vesículas especiales llamadas lisosomas.
Por lo tanto, la última etapa de la fagocitosis requiere combinar el contenido de los lisosomas con el contenido del fagosoma; así es como el llamado fagolisosoma.
Las enzimas de los lisosomas pueden descomponer la mayoría de las sustancias químicas complejas y destruir el microorganismo. La eliminación de un patógeno con la participación de enzimas digestivas se denomina independiente del oxígeno.
Como puede adivinar, también existe una eliminación dependiente del oxígeno. Es mucho más rápido y efectivo, pero solo algunos fagocitos pueden hacerlo. La eliminación dependiente de oxígeno ocurre solo en células capaces de generar los llamados "explosión de oxígeno".
Una explosión de oxígeno es una liberación repentina de especies de oxígeno altamente reactivas (por ejemplo, peróxido de hidrógeno), que tiene un fuerte efecto antimicrobiano. Una explosión de oxígeno inicia una serie de reacciones químicas que conducen a la rápida eliminación de patógenos. La destrucción de microbios dependiente del oxígeno es característica principalmente de los neutrófilos.
Fagocitosis - ¿y ahora qué?
El proceso de fagocitosis termina con la digestión del contenido del fagosoma dentro de la célula. ¿Qué sucede junto a los escombros de las partículas destruidas? La célula fagocítica se deshace de la mayoría de los productos innecesarios simplemente "arrojándolos" al exterior. Sin embargo, parte del material que queda después de la digestión puede ser muy útil.
Algunos fagocitos también desempeñan otras funciones en el sistema inmunológico. Un buen ejemplo son los macrófagos, que además de la fagocitosis, también se ocupan de los llamados presentación de antígenos. La presentación de antígenos se basa en mostrar otros fragmentos de células inmunes de microorganismos destruidos.
Una vez finalizada la fagocitosis del patógeno, el macrófago expone parte del material fagocitado en su superficie y luego "viaja" con él por todo el cuerpo.
Cada célula del sistema inmunológico que encuentra "aprende" a reconocer un patógeno específico. Este fenómeno es extremadamente importante para construir mecanismos eficientes de defensa antimicrobiana.
También vale la pena saber que el proceso de fagocitosis no siempre termina con la destrucción final del microorganismo. Hay patógenos que pueden sobrevivir dentro de los fagosomas gracias a mecanismos de defensa especialmente desarrollados. Un buen ejemplo son los bacilos de la tuberculosis, que pueden sobrevivir en el interior de los macrófagos durante muchos años.
Formas de evitar la fagocitosis por microorganismos
La fagocitosis como medio de eliminar a los "oponentes biológicos" es un mecanismo muy antiguo. Por esta razón, algunos microorganismos han logrado desarrollar formas de evitar o sobrevivir a la fagocitosis. Aquí están sus ejemplos:
- matar fagocitos
La forma más fácil de evitar la fagocitosis parece ser neutralizar la célula que la causa. Algunos microorganismos tienen la capacidad de producir sustancias que dañan irreversiblemente a los fagocitos. Un ejemplo de tal patógeno es el Staphylococcus aureus (latín. Staphylococcus aureus), que producen toxinas que, al destruir las membranas celulares de los fagocitos, provocan su muerte.
- extinción de la respuesta inflamatoria
La inflamación en la puerta de la infección facilita la transmisión de una señal de infección. Gracias a él, es posible la activación y llegada de los fagocitos a la ubicación correcta. Hay patógenos que pueden enmascararse de tal manera que no sean reconocidos por el sistema inmunológico del huésped y eviten causar inflamación.
- evitando la opsonización
La opsonización, o "etiquetado" especial de patógenos, es una de las formas más eficaces de facilitar la fagocitosis. No es de extrañar que los microbios intenten evitarlo. Algunas cepas de estafilococos pueden destruir las opsoninas u ocultarlas en su superficie.
- evitando el reconocimiento de fagocitos
Para que comience la fagocitosis, es necesario reconocer la nocividad de un microorganismo determinado por parte del fagocito. Ciertos patógenos, como las espiroquetas. Treponema pallidum que causa la sífilis pueden adherirse a sus antígenos de superficie de forma similar a las células huésped. El sistema inmunológico los reconoce como propios, lo que permite que los patógenos eviten la fagocitosis.
- bloqueo de la producción de fagosomas
Una de las etapas clave de la fagocitosis es rodear al microorganismo atacado con una vesícula, que luego se absorbe en la célula. En la naturaleza, sin embargo, hay muchas formas de evitarlo. Algunos microbios producen sustancias que rompen la pared del fagosoma. La barra de aceite azul utiliza un mecanismo diferente (Pseudomonas aeruginosa). Esta bacteria produce una capa resbaladiza (biopelícula) a su alrededor que evita la formación de burbujas.
- supervivencia dentro del fagocito
El fagolisosoma se convierte en el hábitat final de los patógenos durante la fagocitosis. Su entorno es extremadamente hostil; está lleno de enzimas y sustancias letales. Sin embargo, los microorganismos pueden desarrollar mecanismos que les permitan sobrevivir incluso en condiciones tan difíciles. Un ejemplo es la tuberculosis (Tuberculosis micobacteriana). Esta bacteria ha desarrollado una membrana celular particular con un contenido de lípidos muy alto que no se ve afectada por las enzimas digestivas estándar.
- escapar del fagosoma
Por increíble que parezca escapar del fagosoma, hay microbios que han desarrollado un mecanismo de defensa tan inteligente. Listeria monocytogenes produce sustancias que pueden destruir la pared del fagosoma. Es más, este patógeno, después de escapar del fagosoma, puede multiplicarse dentro del fagocito y también salir más allá de sus límites.
Trastornos de fagocitosis
Un proceso de fagocitosis que funcione correctamente es de fundamental importancia para el funcionamiento eficiente del sistema inmunológico. Las alteraciones en ciertas etapas de la fagocitosis subyacen a las enfermedades por inmunodeficiencia. Ejemplos de tales condiciones son:
- Enfermedad granulomatosa crónica
La causa de la enfermedad granulomatosa crónica es un trastorno de la fagocitosis en la etapa de generar una explosión de oxígeno. La falta de una enzima adecuada (la denominada NADPH oxidasa) impide la formación de especies reactivas de oxígeno, lo que a su vez no permite una eliminación rápida y eficaz de los microorganismos.
El daño enzimático es genético, por lo que aún no existe un tratamiento causal de la enfermedad. La enfermedad granulomatosa crónica causa infecciones frecuentes y la formación de abscesos y granulomas debido al ineficaz sistema de eliminación intracelular de patógenos.
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- Síndrome de Chediak-Higashi
En el síndrome de Chediak-Higashi, hay un defecto en la fagocitosis en la etapa de conexión fagosoma-lisosoma. Una mutación genética de una de las proteínas impide la transferencia de enzimas digestivas a la vesícula que contiene el patógeno, impidiendo así su eliminación.
Además de un deterioro significativo de la inmunidad, el albinismo y los trastornos del sistema nervioso también son característicos del síndrome de Chediak-Higashi.
Bibliografía:
- "Fagocitosis: un proceso fundamental en la inmunidad" C. Rosales, E. Uribe-Querol, Biomed Res Int. 2017
- "Control de la fagocitosis por patógenos microbianos" por C. Rosales, E. Uribe-Querol Front Immunol. 2017
- "Immunologia" K.Bryniarski, Edra Urban & Partner Wrocław 2017, primera edición
- "Fagocitosis: un proceso inmunobiológico" S. Gordon, Immunity, Review, Volumen 44, número 3, P463-475, 15 de marzo de 2016
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