17.1: Defensas Físicas

Objetivos de aprendizaje

• Describir las diversas barreras físicas y defensas mecánicas que protegen al cuerpo humano contra infecciones y enfermedades
• Describir el papel de la microbiota como defensa de primera línea contra infecciones y enfermedades

Enfoque Clínico: Parte 1

Angela, una paciente femenina de 25 años en el servicio de urgencias, está teniendo algunos problemas para comunicarse verbalmente por falta de aire. Una enfermera observa constricción e hinchazón de la vía aérea y dificultad respiratoria. La enfermera le pregunta a Angela si tiene antecedentes de asma o alergias. Ángela sacude la cabeza no, pero hay miedo en sus ojos. Con cierta dificultad, explica que su padre murió repentinamente a los 27 años, cuando ella era apenas una niña, de un ataque respiratorio similar. Nunca se había identificado la causa subyacente.

Ejercicio\(\PageIndex{1}\)

1. ¿Cuáles son algunas posibles causas de constricción e hinchazón de la vía aérea?
2. ¿Qué causa la hinchazón de los tejidos corporales en general?

La inmunidad innata inespecífica puede caracterizarse como un sistema multifacético de defensas que se dirige a patógenos invasores de manera inespecífica. En este capítulo, hemos dividido las numerosas defensas que componen este sistema en tres categorías: defensas físicas, defensas químicas y defensas celulares. Sin embargo, es importante tener en cuenta que estas defensas no funcionan de manera independiente, y las categorías a menudo se superponen. \(\PageIndex{1}\)La tabla proporciona una visión general de las defensas inespecíficas que se discuten en este capítulo.

Tabla\(\PageIndex{1}\): Descripción general de las defensas inmunitarias innatas inespecíficas

Descripción general de las defensas inmunitarias innatas inespecíficas
Defensas físicas	Barreras físicas
	Defensas mecánicas
	Microbioma
Defensas químicas	Químicos y enzimas en fluidos corporales
	Péptidos antimicrobianos
	Mediadores de proteínas plasmáticas
	Citocinas
	Mediadores que provocan inflamación
Defensas celulares	Granulocitos
	Agranulocitos

Las defensas físicas proporcionan la forma más básica de defensa inespecífica del organismo. Incluyen barreras físicas a los microbios, como la piel y las membranas mucosas, así como defensas mecánicas que eliminan físicamente microbios y desechos de áreas del cuerpo donde podrían causar daño o infección. Además, el microbioma proporciona una medida de protección física contra enfermedades, ya que los microbios de la microbiota normal compiten con los patógenos por los nutrientes y los sitios de unión celular necesarios para causar infección.

Barreras Físicas

Las barreras físicas juegan un papel importante en la prevención de que los microbios lleguen a los tejidos susceptibles a la infección. A nivel celular, las barreras consisten en células que están fuertemente unidas para evitar que los invasores crucen a tejido más profundo. Por ejemplo, las células endoteliales que revisten los vasos sanguíneos tienen uniones célula a célula muy estrechas, lo que impide que los microbios accedan al torrente sanguíneo. Las uniones celulares generalmente están compuestas por proteínas de membrana celular que pueden conectarse con la matriz extracelular o con proteínas complementarias de células vecinas. Los tejidos en diversas partes del cuerpo tienen diferentes tipos de uniones celulares. Estos incluyen uniones estrechas, desmosomas y uniones de hueco, como se ilustra en la Figura\(\PageIndex{1}\). Los microorganismos invasores pueden intentar descomponer químicamente estas sustancias, utilizando enzimas como las proteasas que pueden causar daños estructurales para crear un punto de entrada para patógenos.

Figura\(\PageIndex{1}\): Existen múltiples tipos de uniones celulares en tejido humano, tres de los cuales se muestran aquí. Las uniones estrechas remachan dos celdas adyacentes juntas, evitando o limitando el intercambio de material a través de los espacios entre ellas. Los desmosomas tienen fibras intermedias que actúan como cordones, atando dos celdas juntas, permitiendo que pequeños materiales pasen a través de los espacios resultantes. Los cruces de brecha son canales entre dos celdas que permiten su comunicación a través de señales. (crédito: modificación de obra de Mariana Ruiz Villareal)

La barrera de la piel

Una de las barreras físicas más importantes del cuerpo es la barrera cutánea, que está compuesta por tres capas de células estrechamente empaquetadas. La capa superior delgada se llama epidermis. Una segunda capa más gruesa, llamada dermis, contiene folículos pilosos, glándulas sudoríparas, nervios y vasos sanguíneos. Una capa de tejido graso llamada hipodermis se encuentra debajo de la dermis y contiene sangre y vasos linfáticos (Figura\(\PageIndex{2}\)).

Figura\(\PageIndex{2}\): La piel humana tiene tres capas, la epidermis, la dermis y la hipodermis, que proporcionan una barrera gruesa entre los microbios fuera del cuerpo y los tejidos más profundos. Las células muertas de la piel en la superficie de la epidermis se desprenden continuamente, llevando consigo microbios en la superficie de la piel. (crédito: modificación de obra por Institutos Nacionales de Salud)

La capa superior de la piel, la epidermis, consiste en células que están llenas de queratina. Estas células muertas permanecen como una capa densa y estrechamente conectada de cáscaras celulares llenas de proteínas en la superficie de la piel. La queratina hace que la superficie de la piel sea mecánicamente resistente y resistente a la degradación por enzimas bacterianas. Los ácidos grasos en la superficie de la piel crean un ambiente seco, salado y ácido que inhibe el crecimiento de algunos microbios y es altamente resistente a la descomposición por enzimas bacterianas. Además, con frecuencia se desprenden las células muertas de la epidermis, junto con cualquier microorganismo que pueda estar aferrándose a ellas. Las células cutáneas desprendidas son reemplazadas continuamente por nuevas células desde abajo, proporcionando una nueva barrera que pronto se desprenderá de la misma manera.

Las infecciones pueden ocurrir cuando la barrera cutánea se ve comprometida o rota. Una herida puede servir como punto de entrada para patógenos oportunistas, que pueden infectar el tejido de la piel que rodea la herida y posiblemente extenderse a tejidos más profundos.

Cada rosa tiene su espina

Mike, un jardinero del sur de California, recientemente notó un pequeño bulto rojo en su antebrazo izquierdo. Inicialmente, no pensó mucho en ello, pero pronto se hizo más grande y luego se ulceró (se abrió), convirtiéndose en una lesión dolorosa que se extendió por gran parte de su antebrazo (Figura\(\PageIndex{3}\)). Acudió a un centro de atención urgente, donde un médico le preguntó sobre su ocupación. Al decir que era paisajista, el médico inmediatamente sospechó un caso de esporotricosis, un tipo de infección fúngica conocida como enfermedad del jardinero de rosas porque a menudo aqueja a los paisajistas y a los entusiastas de la jardinería.

En la mayoría de las condiciones, los hongos no pueden producir infecciones cutáneas en individuos sanos. Los hongos crecen filamentos conocidos como hifas, que no son particularmente invasivos y pueden mantenerse fácilmente a raya por las barreras físicas de la piel y las membranas mucosas. Sin embargo, pequeñas heridas en la piel, como las causadas por espinas, pueden proporcionar una apertura para patógenos oportunistas como Sporothrix schenkii, un hongo que habita en el suelo y agente causante de la enfermedad del jardinero de rosas. Una vez que rompe la barrera cutánea, S. schenkii puede infectar la piel y los tejidos subyacentes, produciendo lesiones ulceradas como las de Mike, y otros patógenos pueden ingresar al tejido infectado, causando infecciones bacterianas secundarias.

Por suerte, la enfermedad del jardinero de rosas es tratable. El médico de Mike le escribió una receta para algunos medicamentos antimicóticos así como un curso de antibióticos para combatir infecciones bacterianas secundarias. Sus lesiones finalmente sanaron, y Mike regresó al trabajo con una nueva apreciación por los guantes y la ropa protectora.

Figura\(\PageIndex{3}\): La enfermedad del jardinero de rosas puede ocurrir cuando el hongo Sporothrix schenkii rompe la piel a través de pequeños cortes, como podría ser infligido por espinas. (crédito dejado: modificación de obra por Elisa Self; derecho de crédito: modificación de trabajo por parte de Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades)

Membranas mucosas

Las membranas mucosas que recubren la nariz, la boca, los pulmones y el tracto urinario y digestivo proporcionan otra barrera inespecífica contra posibles patógenos. Las membranas mucosas consisten en una capa de células epiteliales unidas por uniones estrechas. Las células epiteliales secretan una sustancia húmeda y pegajosa llamada moco, que cubre y protege las capas celulares más frágiles debajo de ella y atrapa desechos y partículas, incluidos los microbios. Las secreciones mucosas también contienen péptidos antimicrobianos.

En muchas regiones del cuerpo, las acciones mecánicas sirven para eliminar el moco (junto con microbios atrapados o muertos) del cuerpo o lejos de posibles sitios de infección. Por ejemplo, en el sistema respiratorio, la inhalación puede traer microbios, polvo, esporas de moho y otros pequeños desechos transportados por el aire al cuerpo. Este residuo queda atrapado en el moco que recubre el tracto respiratorio, una capa conocida como la manta mucociliar. Las células epiteliales que recubren las partes superiores del tracto respiratorio se denominan células epiteliales ciliadas porque tienen apéndices similares a pelos conocidos como cilios. El movimiento de los cilios expulsa el moco cargado de escombros hacia afuera y lejos de los pulmones. El moco expulsado es entonces tragado y destruido en el estómago, o tosido, o estornudado (Figura\(\PageIndex{4}\)). A este sistema de extracción se le suele llamar la escalera mecánica mucociliar.

Figura\(\PageIndex{4}\): Esta micrografía electrónica de barrido muestra células epiteliales ciliadas y no ciliadas de la tráquea humana. La escalera mecánica mucociliar empuja el moco lejos de los pulmones, junto con cualquier resto o microorganismo que pueda quedar atrapado en el moco pegajoso, y el moco se mueve hasta el esófago donde se puede extraer al tragar.

La escalera mecánica mucociliar es una barrera tan efectiva contra los microbios que los pulmones, la porción más baja (y más sensible) del tracto respiratorio, fueron considerados durante mucho tiempo como un ambiente estéril en individuos sanos. Solo recientemente la investigación ha sugerido que los pulmones sanos pueden tener una pequeña microbiota normal. La interrupción de la escalera mecánica mucociliar por los efectos dañinos del tabaquismo o enfermedades como la fibrosis quística puede conducir a una mayor colonización de bacterias en el tracto respiratorio inferior e infecciones frecuentes, lo que resalta la importancia de esta barrera física para las defensas del huésped.

Al igual que el tracto respiratorio, el tracto digestivo es un portal de entrada a través del cual los microbios ingresan al cuerpo, y las membranas mucosas que recubren el tracto digestivo proporcionan una barrera física inespecífica contra los microbios ingeridos. El tracto intestinal está revestido con células epiteliales, intercaladas con células caliciformes secretoras de moco (Figura\(\PageIndex{5}\)). Este moco se mezcla con el material recibido del estómago, atrapando microbios y desechos transmitidos por los alimentos. La acción mecánica de la peristalsis, una serie de contracciones musculares en el tracto digestivo, mueve el moco desprendido y otro material a través de los intestinos, recto y ano, excretando el material en las heces.

Figura\(\PageIndex{5}\): Las células caliciformes producen y secretan moco. Las flechas de esta micrografía apuntan a las células caliciformes secretoras de moco (aumento 1600) en el epitelio intestinal. (micrografía de crédito: Micrografía proporcionada por la Facultad de Medicina Regentes de la Universidad de Michigan © 2012)

Endotelia

Las células epiteliales que recubren el tracto urogenital, los vasos sanguíneos, los vasos linfáticos y ciertos otros tejidos se conocen como endotelia. Estas celdas fuertemente empaquetadas proporcionan una barrera de primera línea particularmente efectiva contra los invasores. Los endotelios de la barrera hematoencefálica, por ejemplo, protegen el sistema nervioso central (SNC), que consiste en el cerebro y la médula espinal. El SNC es una de las áreas más sensibles e importantes del cuerpo, ya que la infección microbiana del SNC puede conducir rápidamente a una inflamación grave y a menudo fatal. Las uniones celulares en los vasos sanguíneos que viajan a través del SNC son algunas de las más estrechas y duras del cuerpo, evitando que cualquier microbios transitorios en el torrente sanguíneo ingrese al SNC. Esto mantiene estéril el líquido cefalorraquídeo que rodea y baña el cerebro y la médula espinal en condiciones normales.

Ejercicio\(\PageIndex{2}\)

1. Describir cómo funciona la escalera mecánica mucociliar.
2. Nombra dos lugares donde encontrarías endotelia.

Defensas Mecánicas

Además de las barreras físicas que mantienen alejados a los microbios, el cuerpo cuenta con una serie de defensas mecánicas que eliminan físicamente los patógenos del organismo, impidiendo que se instalen. Ya hemos discutido varios ejemplos de defensas mecánicas, incluyendo el desprendimiento de células cutáneas, la expulsión de moco por la escalera mecánica mucociliar y la excreción de heces a través del peristaltismo intestinal. Otros ejemplos importantes de defensas mecánicas incluyen la acción de rubor de la orina y las lágrimas, que ambas sirven para alejar a los microbios del cuerpo. La acción de rubor de la orina es en gran parte responsable del ambiente normalmente estéril del tracto urinario, que incluye los riñones, los uréteres y la vejiga urinaria. La orina que sale del cuerpo lava los microorganismos transitorios, impidiendo que se instalen. Los ojos también tienen barreras físicas y mecanismos mecánicos para prevenir infecciones. Las pestañas y los párpados evitan que el polvo y los microorganismos aerotransportados lleguen a la superficie del ojo. Cualquier microbio o residuo que lo haga pasar por estas barreras físicas puede ser expulsado por la acción mecánica de parpadear, que baña el ojo en lágrimas, lavando los escombros (Figura\(\PageIndex{6}\)).

Figura\(\PageIndex{6}\): Las lágrimas eliminan los microbios de la superficie del ojo. La orina lava los microbios del tracto urinario a medida que pasa; como resultado, el sistema urinario normalmente es estéril.

Ejercicio\(\PageIndex{3}\)

Nombra dos defensas mecánicas que protejan los ojos.

Microbioma

En diversas regiones del cuerpo, la microbiota residente sirve como una importante defensa de primera línea contra patógenos invasores. A través de su ocupación de sitios de unión celular y la competencia por los nutrientes disponibles, la microbiota residente previene los pasos críticos tempranos de unión y proliferación de patógenos requeridos para el establecimiento de una infección. Por ejemplo, en la vagina, los miembros de la microbiota residente compiten con patógenos oportunistas como la levadura Candida. Esta competencia previene infecciones al limitar la disponibilidad de nutrientes, inhibiendo así el crecimiento de Candida, manteniendo a su población bajo control. Competiciones similares ocurren entre la microbiota y patógenos potenciales en la piel, en el tracto respiratorio superior y en el tracto gastrointestinal. Como se discutirá más adelante en este capítulo, la microbiota residente también contribuye a las defensas químicas de las defensas innatas inespecíficas del huésped.

La importancia de la microbiota normal en las defensas del huésped se destaca por la mayor susceptibilidad a enfermedades infecciosas cuando la microbiota es alterada o eliminada. El tratamiento con antibióticos puede agotar significativamente la microbiota normal del tracto gastrointestinal, proporcionando una ventaja para que las bacterias patógenas colonicen y causen infección diarreica. En el caso de la diarrea causada por Clostridium difficile, la infección puede ser grave y potencialmente letal. Una estrategia para tratar las infecciones por C. difficile es el trasplante fecal, que implica la transferencia de material fecal de un donante (tamizado para detectar posibles patógenos) a los intestinos del paciente receptor como método para restaurar la microbiota normal y combatir C. difficile infecciones.

Tabla\(\PageIndex{2}\) proporciona un resumen de las defensas físicas discutidas en esta sección.

Tabla\(\PageIndex{2}\): Defensas Físicas de Inmunidad Innata Inespecífica

Defensa	Ejemplos	Función
Barreras celulares	Piel, membranas mucosas, células endoteliales	Denegar entrada a patógenos
Defensas mecánicas	Derramamiento de células de la piel, barrido mucociliar, peristalsis, acción de rubor de orina y lágrimas	Eliminar patógenos de posibles sitios de infección
Microbioma	Bacterias residentes de la piel, tracto respiratorio superior, tracto gastrointestinal y tracto genitourinario	Compite con patógenos por sitios de unión celular y nutrientes

Ejercicio\(\PageIndex{4}\)

Enumere dos formas en que la microbiota residente se defiende contra patógenos.

Conceptos clave y resumen

• La inmunidad innata inespecífica proporciona una primera línea de defensa contra la infección al bloquear inespecíficamente la entrada de microbios y apuntarlos para su destrucción o extracción del cuerpo.
• Las defensas físicas de la inmunidad innata incluyen barreras físicas, acciones mecánicas que eliminan microbios y escombros, y el microbioma, que compite e inhibe el crecimiento de patógenos.
• La piel, las membranas mucosas y el endotelio en todo el cuerpo sirven como barreras físicas que impiden que los microbios lleguen a sitios potenciales de infección. Las uniones celulares estrechas en estos tejidos evitan que los microbios pasen a través.
• Los microbios atrapados en las células muertas de la piel o el moco se eliminan del cuerpo mediante acciones mecánicas como el derramamiento de células de la piel, barrido mucociliar, tos, peristalsis y lavado de fluidos corporales (por ejemplo, micción, lágrimas)
• La microbiota residente proporciona una defensa física al ocupar los sitios de unión celular disponibles y competir con patógenos por los nutrientes disponibles.