La velocidad de la muerte celular

A la muerte simplemente la calificamos, pero como proceso biológico tiene sus mecanismos, y todavía alberga muchas dudas sobre como acontece.

Los seres humanos estamos formados por células y tejidos, así que una mejor manera de comprender la muerte corporal es conocer el mecanismo biológico de la muerte celular.

En términos generales, hay dos formas en las que las células mueren en un animal pluricelular. La primera es la necrosis, es decir el proceso que daña las células debido a algún tóxico o lesiones físicas. La segunda es la llamada muerte celular programada o apoptosis la cual se debe a estímulos internos diversos.

Necrosis y apoptosis
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Por tanto, la necrosis y la apoptosis ocurren en diferentes circunstancias e implican diferentes circunstancias para las células.

Mientras la necrosis es un proceso desordenado y provoca una respuesta inmune de la inflamación, la apoptosis es ordenada y divide la célula en pequeñas parcelas para que estas pueden ser absorbidas y recicladas por otras células.

Cuando las células son dañadas por factores externos (como lesiones o productos químicos tóxicos), generalmente se rompe la pared celular y se derraman sus entrañas en el medio a medida que mueren.

Esto ocurre porqué la membrana plasmática de la célula dañada ya no puede controlar el paso de iones y líquidos por lo que la célula se hincha y su contenido se escapa a través de los poros de la membrana plasmática. Por eso cuando hay necrosis se observa inflamación en el tejido que rodea la célula muerta.

La apoptosis es el proceso por el cual el organismo se deshace de células viejas, innecesarias o no saludables (como aquellas con mutaciones que podrían convertirse en cáncer o aquellas que han sido infectadas), sin dañar el tejido circundante como lo hace la necrosis.

El proceso de la apoptosis

En el proceso de apoptosis, las células pasan por un proceso ordenado y de ahorro. El fenómeno se inicia con encogimiento y el desarrollo de unas protuberancias en forma de burbujas (o "ampollas") en su superficie.

También se observa que el ADN en el núcleo se rompe en pedazos pequeños, y algunos orgánulos de la célula, como el retículo endoplásmico, se descompone en fragmentos.

El resultado final es que toda la célula se divide en pequeños trozos, cada uno perfectamente encerrado en un paquete rodeado por una membrana.

En el caso de la apoptosis todos estos “paquetes” o escombros celulares son los que absorberán las células del sistema inmunológico (fagocitos) como los macrófogos.

Los fragmentos de la célula moribunda incorporan una molécula lipídica llamada fosfatidilserina en su superficie. Esta sustancia, la fosfatidilserina generalmente se oculta en el interior de la membrana, y cuando está en el exterior, atrae a los fagocitos para que “coman” los fragmentos celulares.

Muchas células en un organismo animal tienen la capacidad incorporada de sufrir apoptosis (de la misma manera que tienen la capacidad incorporada de copiar su ADN o descomponer los combustibles).

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Estas micrografías electrónicas muestran células que han muerto por (A) necrosis o (B y C) apoptosis. Las células en (A) y (B) murieron en una placa de cultivo, mientras que la célula en (C) murió en un tejido en desarrollo y ha sido engullida por una célula vecina. Se observa que la pared celular en (A) parece haber explotado, mientras que las de (B) y (C) se han condensado y parecen relativamente intactas. Las grandes vacuolas visibles en el citoplasma de la célula en (B) son una característica propia de la apoptosis. (From: Programmed Cell Death (Apoptosis).)

El sentido biológico de la apoptosis

Básicamente, la apoptosis es una forma general de eliminar células que ya no deberían formar parte del organismo. Una forma de muerte celular que la evolución ha conservado para mantener el desarrollo y la homeostasis tisular en animales.

La apoptosis es pues un mecanismo que nos muestra que la Vida, recicla, que cada molécula que se utiliza es un regalo que se devuelve cuando se termina su funcionalidad por la razón que sea.

Así pues, la orden celular de "eliminar" puede venir porqué algunas células son anormales, porqué están infectadas por un virus o porqué han sufrido daños irreparables en su ADN.

En definitiva, la apoptosis es un proceso celular natural para mantener el equilibrio del organismo, para dar paso a nuevas células o eliminar células necesarias solo para tareas temporales.

Un ejemplo claro de apoptosis durante el desarrollo normal lo constituye la involución de la cola de un renacuajo cuando se convierte en una rana. Otro ejemplo lo tenemos en la eliminación de neuronas innecesarias a medida que los circuitos neuronales en el cerebro están "conectados".

La red de control apoptótico incluye varios bucles de retroalimentación positiva que pueden permitir que la apoptosis se propague a través del citoplasma en ondas de activación autorregenerantes.

Estas observaciones son las que han abierto las especulaciones sobre la llamada onda celular de la muerte.

Esta no deja de ser la señal biológica que advierte que se ha llegado al fin funcional y que hay que ser respetuoso con todo el material biológico prestado.

La observación de la apoptosis
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La apoptosis, o una muerte celular programada, se propaga a través del citoplasma sin disminuir la velocidad o desaparecer. Los científicos observaron que la membrana celular cambiaba de color cuando el huevo moría. Imagen de X. Cheng, J. E. Ferrell, Jr

La apoptosis como proceso de muerte celular todavía desconcierta a los científicos. Algunas veces nuestras células mueren cuando realmente no queremos que lo hagan, por ejemplo, en el caso de determinadas enfermedades neurodegenerativas.

Otras veces, nuestras células degeneran, caso de los procesos de cáncer, y en cambio no mueren cuando realmente deberían hacerlo. Por eso la apoptosis también se denomina a veces "suicidio celular", porque es un proceso de autodestrucción.

Un estudio publicado por los científicos James Ferrell de la Universidad de Standford junto al investigador postdoctoral Xianrui Cheng con huevos de rana gigante africana (Xenopus laevis) aporta luz al tema.

Con extractos de células de huevo de la rana Xenopus laevis, observaron la propagación de ondas de activación apoptóticas cuando se inicia el proceso de muerte celular.  También midieron que esta onda de propagación avanza a 30 micrómetros por minuto.

Por lo tanto, la apoptosis se propaga a través de ondas de activación como señal de comunicación celular tanto en extractos como en células intactas.

La apoptosos comienza pues con una señal desde el interior de la célula o desde el exterior que informa a las enzimas llamadas caspasas dentro de las células. Estas enzimas activan el empaquetamiento de la célula que facilitará que esta pueda ser digerida en porciones por los fagocitos.

Sus hallazgos muestran cómo la apoptosis puede difundirse a grandes distancias entre las células. A su vez los científicos enfatizan la importancia general de las ondas de activación en la comunicación celular.

La velocidad de la muerte
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La muerte barrió las células a 30 micrómetros por minuto, o sea a una velocidad equivalente de 2 mm por hora, lo cual es bastante rápido teniendo en cuenta el tamaño de una célula. Imagen de Xianrui Cheng / James E. Ferrell, Jr

En otras palabras, estos científicos midieron, tal como consta en el estudio publicado en 2018, la "velocidad de la muerte" de una célula. Su observación es sorprendentemente espectacular a juzgar por las imágenes obtenidas utilizando una proteína verde fluorescente que brilla cuando se produce la apoptosis.

Esto indica que la apoptosis se propaga a través de las ondas de activación en lugar de por difusión química, que sin duda sería un método mucho más lento de comunicación.

Aunque no lo parezca, la onda avanza a gran velocidad: dos milímetros por hora. La propagación de señales eléctricas a lo largo del axón de una neurona nerviosa, también son ondas de activación.

Lo interesante de su experimentación es que cuando indujeron la apoptosis en un huevo intacto de la rana, notaron que el color del ovocito afectado cambiaba, oscureciéndose a medida que la célula moría (como se muestra en la imagen superior).

Este cambio se produjo debido a una onda curva que se difunde través de su superficie con un desplazamiento a velocidad constante, lo que indica que se trata de una onda de propagación.

Tras esta interesante observación el siguiente paso es buscar las ondas de activación frente a una respuesta inmune del cuerpo. Entonces se podría determinar si el mecanismo de la apoptosis desempeña un papel en los procesos degenerativos y cómo se propaga por todo el cuerpo.

En síntesis, por ahora, los científicos han observado la muerte moverse a través de una célula y han medido la velocidad a la que viaja la onda que se produce.

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