Las compuertas de la muerte

El PTPm y el canal de la apoptosis mitocondrial (ACm) son considerados los dos canales de la muerte mitocondriales.

El PTPm depende directamente del voltaje producido por los gradientes iónicos y por el calcio. Expertos sostienen que este canal está regulado por tres tipos de proteínas o componentes.
El primer componente es el canal de aniones dependiende del voltaje (CADV), el cual se localiza en la membrana mitocondrial externa y es responsable del transporte de ATP y ADP entre el citoplasma y la mitocondria.
El segundo componente, el translocador de nucleótidos de adenina, corresponde a una proteína encargada de intercambiar ATP por ADP a través de la membrana mitocondrial. Acerca el ATP al CADV para que este lo trasnporte hacia el citoplasma.
El tercer componente, denominado ciclofilina D (CypD), se encarga del plegamiento correcta de las proteínas.

En condiciones normales, el PTPm sólo se abre ante moléculas que sean sustrato para CADV o para el translocador de nucleótidos de adenina.
En condiciones anormales, tales como la isquemia y la reperfusión, se produce una apertura del PTPm que permite un escape incontrolado de materiales mitocondriales, lo que causa la necrosis y la apoptosis.

La apertura del PTPm es el causante del más del 50% de las lesiones mortales causadas en un ataque cardíaco.

El segundo canal, el ACm es el responsable de la apoptosis. Su actividad está controlada por una familia de proteínas Bcl-2, cuyo miembro más relevante en este caso es el Bax.

Ambos canales y la apertura de estos son los responsables de casi todas las muertes celulares producidas durante un ataque cardíaco.

Se han realizados variados experimentos para comprender más acerca de ambos canales. Se han utilizado inhibidores específicos así como también se han eliminado genes, que se asociaban con estos canales, para determinar de que forma participaban en el ataque cardíaco.

Se han insertado inmunosupresores, tales como la ciclosporina A, en ratones. Esta inhibe de manera selectiva a la ciclofilina D, logrando reducir los daños agudos producidos tras un infarto de miocardio agudo.
Se determinó entonces que los ratones que poseían una eliminación homocigótica del gen que codificaba la ciclofilina D, poseían una mayor resistencia ante las lesiones cardíacas, esto se debía a una disminución de la necrosis celular, pero no de la apoptosis.

Se realizaron otras investigaciones que confirmaron lo anterior, el PTPm, en ausencia de CypD, poseía un umbral de calcio y de radicales de oxígeno mucho mayor que en su presencia. Esto resultaba que al momento de la reperfusión, la apertura de este canal se hacía mucho más difícil.

De las distintas ibestigaciones realizadas se pudo rescatar que el PTPm era responsable de la necrosis, mientras que el ACm lo era de la apoptosis.





El ACm inicia la apoptosis mediante la liberación de citocromo c, un transportador móvil perteneciente a la cadena transportadora de electrones. El citocromo c interacciona con otras proteínas del citoplasma celular para formar lo que se conoce como apoptosoma.
El apoptosoma activa caspasas y ADNasa, ambos tipos de proteasas se encargan de digerir y destruir proteínas y ADN, provocando la apoptosis.
El ACm, al igual que el PTPm, se abre por el calcio y por el radical de oxíxeno, sólo que su umbral es mucho menor que este.

Tanto las lesiones producidas por el PTPm y el ACm han podido ser reducidas en experimentos realizados en ratones, ya sea por la inhibición del gen que codifica la ciclofilina D, gracias a la participación de la ciclosporina A, o por el gen que codifica el Bax.


En conclusión, el infarto de miocardio agudo puede traer consecuencias fatales tales como la apoptosis y necrosis del tejido cardiaco. Esto se debe a un desequilibrio de cargas y de gradientes producidos por la fase de isquemia y reperfusión, que permiten la apertura de dos canales mitocondriales, el PTPm y el ACm.
La apertura de ambos se debe a un exceso de calcio y de radicales de oxígeno en la mitocondria. El canal PTPm es responsable de la necrosis mientras que el ACm es responsable de la apoptosis.
Se ha descubierto que en ausencia de ciertas proteínas, la apertura de estos canales se torna mucho más difícil, el umbral de calcio y de radicales de oxígeno necesario para que estos canales liberen materiales es mucho mayor.
Actualmente, el inmunosupresor ciclosporina A, el que reduce la necrosis del tejido, ha sido aprobado y se utiliza de forma generalizada en los transplantes de órganos.

Control por calcio

El calcio es fundamental en la contracción muscular. En la sístole, la contracción se lleva a cabo por señales eléctrica que estimula la liberación de calcio por parte del retículo sarcoplasmático (RS).



La sístole comienza cuando una cierta cantidad de calcio entra en los miocitos cardíacos a través de un poro de la membrana llamado canal de tipo L. El calcio que ingresó interacciona con otro canal intracelular, el receptor de rianodina. Esta interacción desencadena en una gran liberación de calcio por parte del RS, lo cual a su vez conlleva a la contracción del músculo.

Durante la díastole (relajación del músculo), el calcio se bombea hacia el interior del RS por medio de la calcio-ATPasa o canal SERCA localizado en este. El resto del calcio es expulsado hacia el medio extracelular mediante otra calcio-ATPasa ubicada en la membrana celular.

Las oscilaciones de calcio que dirigen ambos procesos afectan paralelamente a las mitocondrias, las cuales acumulan calcio por medio de un transportador de calcio uniporte, eso quiere decir que transporta calcio sin tener la necesidad de a su vez transportar otro tipo de ión para mantener las cargas.

El uniporte de calcio opera coordinadamente con el antiporte sodio-calcio. Cuando ambos trabajan de manera paralela y eficaz, la homeostasis se mantiene estable en la matriz mitocondrial.




Durante la isquemia-reperfusión se produce un desequilibrio de calcio con consecuencias fatales. Los canales que participan duran la sístole y la diástole sufren descoordinación, la velocidad de la glicólisis aumenta entre unas 20 y 20 veces, aumentan los niveles de ácido láctico y el pH disminuye.

Los miocitos, para tratar de solucionar el problema, activan el canal intercambiador sodio-H+, que expulsa un catión de hidrógeno e ingresa sodio para neutralizar las cargas al interior de la célula. En consecuencia, la acidosis disminuye, pero aumenta la concentración de sodio al interior del miocito.

Cuando la cantidad de sodio al interior de la célula alcanza cierto nivel, el intercambiador sodio-calcio comienza a operar en sentido contrario, expulsando sodio e ingresando calcio. Los niveles de este último comienzan a aumentar al interior de la célula.

La mitocondria comienza a absorber los excesos de calcio en la célula. Como resultado, se produce una entrada de agua a favor del gradiente osmótico. El volumen de la matriz mitocondrial aumenta y se produce un estiramiento de la membrana interna. El ingreso del agua y las reacciones producidas por el exceso de esta al interior de la matriz provocan una dilatación del PTPm, permitiendo el escape descontrolado de materiales.

Los altos niveles de radicales de oxígeno y de calcio que se producen al interior de la célula son los responsables de causar la muerte de esta. Dependiendo del tipo de estímulo que reciba, puede iniciar apoptosis (muerte inducida) o necrosis, la cual se debe a que la célula se encuentra con un daño irreversible en sus estructuras, lo cual la inhabilita funcionalmente.

Ataque cardíaco

En Europa y Norteamérica la principal causa de morbosidad y mortalidad es la enfermedad arterial coronaria (EAC), la cual es causada por una oclusión de la arteria coronaria ya sea por el engrosamiento de sus paredes por acumulación de grasa o algún otro material, o por untrombo (coágulo de sangre). Se manifiesta en un comienzo con un dolor torácico conocido como angina, la cual se puede clasificar en estable y estable crónica. Si laEAC no es tratada a tiempo puede causar un infarto de miocardio, más bien conocido como ataque cardíaco.

Las intervenciones quirúrgicas realizadas para tratar los infartos de miocardio agudo son las angioplastías y los baipases.

Una angioplastia consiste en insertar un catéter provisto de una aguja flexible en la zona de la obstrucción. Se infla un globo contra la pared arterial, despejando así las vías de la arteria. Se coloca un stent en la zona trabajada y se retira el catéter, permitiendo que la sangre vuelva a circular normalmente.

Los baipases consisten en crear un puente o una ruta que conecte ambos lados de la arteria que se encuentra obstruida. De este modo, la sangre puede fluir nuevamente. Para realizar estas conexiones se utilizan segmentos de otras venas o arterias, incluso se puede hacer uso de materiales sintéticos para realizar los conductos.

El principal objetivo de esta investigación consiste en establecer criterios de tratamiento acerca del infarto agudo de miocardio que reduzcan el daño letal que este causa en los tejidos. Para esto, se ha enfocado la investigación en las situaciones de estrés que se producen tras un ataque cardíaco y que consecuencias tienen estas en las estructuras intracelulares.

La mitocondria, cuya función es brindar a la célula energía en forma de ATP, es quien define la magnitud de los daños causados al tejido isquémico (tejido cuya oxigenación es baja debido a que los niveles de O2 en la sangre son bajos). Posee tóxicos celulares que, durante un ataque cardiaco, son activados y liberados causando necrosis yapoptosis . Estos tóxicos, liberados a través de “canales de la muerte”, son puntos claves para minimizar el daño producido en los tejidos.

Cuando se produce un ataque al corazón, el músculo cardíaco se vuelve hipóxico, por la falta de oxígeno, y se torna acidótico, los niveles de energía en las células disminuyen y se suspende el metabolismo mitocondrial.
Para solucionar las fallas anteriormente mencionadas, es necesario reanudar la oxigenación de la sangre, este proceso es denominado reperfusión.
El problema es que, tras la reperfusión, se produce un desequilibrio de oxígeno e iones calcio que inducen a los miocitos al suicidio celular.
Entre mayor sea el lapso en que el tejido se encuentre isquémico, mayores serán los daños causados por la reperfusión.

Tras un ataque cardíaco, el tejido isquémico se vuelve rápidamente hipóxico a medida que las mitocondrias agotan el oxígeno disponible para generar ATP.
Cuando se agota el oxígeno, los miocitos cardiacos comienzan a generar ATP a través de la glicólisis en forma anaerobia.

La glicólisis es un sistema energético en el cual se generan, a partir de una molécula de glucosa y dos moles de ATP, cuatro moles de ATP y dos moles de ácido láctico. En condiciones normales, el ácido láctico es fácilmente degradado en el hígado.
Durante la isquemia se produce un aumento anormal de los niveles de ácido láctico en los niveles intracelulares, lo que causa que el pH del tejido isquémico caiga desde 7,4 hasta por debajo de 6 (acidosis). A medida que el tiempo transcurre y no se vuelve a restaurar el flujo de oxígeno en la sangre, se inhibe la glicólisis por la caída brusca del pH y por la falta de glucosa. La cantidad de ATP disminuye a niveles peligrosos, se suspenden las rutas metabólicas, se produce un colapso en los gradientes iónicos transmembranas y finalmente se produce la muerte del tejido.

La lesión por reperfusión inicia al retorno del oxígeno a la sangre. Cuando la sangre llega al corazón, comienza a funcionar el sistema principal de generación de energía de las mitocondrias, la cadena transportadora de electrones.



Esta cadena traslada, por medio de transportadores móviles, electrones hacia una serie de complejos proteicos hasta llegar hasta al oxígeno, el receptor final. A medida que se lleva a cabo este transporte, una gran cantidad de energía es liberada. Esta energía es utilizada para expulsar desde el interior de la mitocondria, iones de hidrógeno (H+), creando un gradiente entre la membrana interna y externa de la mitocondria.

El gradiente creado genera una gran cantidad de energía potencial al exterior de la membrana. Esta energía es utilizada para crear ATP mediante el complejo proteico alojado en la membrana denominado ATP-sintasa translocadora de protones.

Durante la fase isquémica, la cadena transportadora de electrones se detiene y se mantiene reducida (esto es debido a que los transportadores móviles no pueden ceder los electrones) a causa de la falta de oxígeno, el aceptor de electrones final.

Cuando la cadena transportadora de electrones vuelve a funcionar, se generan radicales de oxígeno (O2--), los cuales son factores fundamentales en el inicio de los daños provocados por la reperfusión.



En condiciones normales, la cadena transportadora de electrones produce un número limitado de radicales de oxigeno. Estos radicales son neutralizados por sistemas antioxidantes celulares.
Durante la reperfusión, estos sistemas se ven desbordados por una elevada cantidad de radicales, los que escapan y oxidan otros componentes celulares.

El principal transportador móvil es la ubiquinona o coQ. Su forma oxidada es la ubiquinona y su reducida, la ubiquinol. CoQ acepta electrones de los complejos I y II de la cadena y los transporta al complejo III y al citocromo c. Cuando no hay presencia de oxigeno, las reservas de ubiquinol se ven desbordadas por electrones, formando el radical ubisemiquinona. Este radical, al reestablecerse el flujo sanguíneo normal, cede electrones directamente al oxigeno formando el anión superóxido O2--.

Uno de los blancos de este anión es el primer canal de la muerte mitocondrial conocido como el poro de transición de la permeabilidad mitocondrial (PTPm). Cuando el radical O2-- oxida el PTPm, se produce una fuga de materiales mitocondriales que inician la necrosis.