Definición de citólisis
La citólisis, también conocida como lisis osmótica, se produce cuando una célula estalla y libera su contenido al medio extracelular debido a una gran afluencia de agua en la célula, superando con creces la capacidad de la membrana celular para contener el volumen extra. Esto es especialmente preocupante en el caso de las células que no cuentan con una pared celular resistente que permita resistir la presión interna del agua.
El agua puede difundirse lentamente a través de la bicapa lipídica de la membrana celular, pero el transporte rápido requiere la presencia de canales transmembrana selectivos denominados acuaporinas. Estas proteínas integrales de la membrana permiten el movimiento del agua a la vez que impiden el acceso a muchos solutos e iones.
Las células suelen tener una concentración de sales e iones superior a la de su entorno inmediato, especialmente en los organismos unicelulares que viven en masas de agua dulce y esto puede provocar la entrada de agua. La mayoría de las células disponen de mecanismos internos para gestionar el movimiento constitutivo del agua. Sin embargo, cuando se produce un cambio repentino en la tonicidad del entorno extracelular, o un cambio en la estructura de la membrana, el agua puede inundar la célula y hacerla estallar.
La imagen muestra el impacto de la concentración de iones extracelulares en la estructura celular. La citolisis es una causa de muerte celular en los organismos pluricelulares cuando sus fluidos corporales se vuelven hipotónicos y se ve como un efecto secundario de sufrir un ataque. La lisis osmótica también es utilizada por algunas partículas virales replicadas para salir de su célula huésped y continuar el proceso infeccioso.
Sin embargo, la citolisis también tiene un papel funcional y es utilizada por el sistema inmunitario para destruir selectivamente las células tumorales o las infectadas por algunos patógenos.
Tipos de citólisis
La citólisis puede ser causada por muchos factores, desde la tonicidad del líquido extracelular hasta la actividad de otras células que afectan a la estructura de la membrana celular.
Citólisis por ambiente hipotónico
Cuando las células se colocan en un ambiente de agua pura, el agua inunda la célula y la hace estallar. Por ejemplo, los glóbulos rojos sufren hemólisis cuando se colocan en agua destilada y esto puede medirse a partir de la aparición de hemoglobina en la solución. Una solución que contiene 0,9 g de cloruro de sodio (NaCl, o sal común) en 100 ml de agua se considera isotónica, o sea, que contiene la misma concentración de sal que el interior de un glóbulo rojo. Las soluciones con concentraciones de sal más bajas harán que estos glóbulos estallen. Por lo tanto, las inyecciones intravenosas de agua destilada pura pueden ser extremadamente perjudiciales, especialmente para las frágiles membranas celulares de los eritrocitos o glóbulos rojos.
Citólisis por patógenos
Los virus son muy específicos en su elección de huésped. Además, la mayoría de ellos están adaptados para infectar no sólo a un organismo concreto, sino a un tipo celular específico dentro del huésped. Los virus no pueden funcionar fuera de su huésped y necesitan secuestrar la maquinaria celular para someterse al metabolismo e iniciar la reproducción. Sin embargo, tras múltiples rondas de duplicación, la presencia de partículas viriónicas puede abrumar a la célula huésped. En este punto, los virus pueden comprometer la membrana de la célula de manera que se produzca la entrada de agua y la eventual citolisis. Una vez que la célula sufre la lisis, los virus se liberan, lo que les permite repetir el ciclo infeccioso con nuevas células huésped en el mismo tejido.
La especificidad de los virus para su huésped puede explotarse potencialmente en la terapia del cáncer. El fenómeno de los virus que inducen una remisión del cáncer se ha observado desde el siglo XIX. Muchos virus infectan preferentemente las células cancerosas dejando intactas las células normales porque la malignidad amortigua la respuesta antiviral de una célula. Estos virus pueden inducir la citolisis en las células tumorales y contribuir así al tratamiento. En 2011, se informó de que una partícula vírica inducía la citolisis en líneas celulares tumorales, células iniciadoras de tumores y tejido tumoral primario de pacientes. En 2015, la FDA de EE.UU. aprobó la primera terapia viral para el melanoma.
Se ha observado citolisis bacteriana debido a un crecimiento excesivo de lactobacilos en la vagina. La vagina de las mujeres adultas está normalmente colonizada por lactobacilos y, en bajo número, estas bacterias protegen contra las infecciones fúngicas. Sin embargo, algunas mujeres presentan síntomas de infección por hongos que son resistentes al tratamiento con antifúngicos. En estos casos, las mujeres que presentan una secreción abundante, picor y ausencia de bacterias patógenas u hongos en los frotis húmedos también muestran una mayor abundancia de lactobacilos. El flujo está causado por la citolisis de las células epiteliales vaginales debido a la infección bacteriana por lactobacilos.
Citolisis por el sistema inmunitario
El sistema inmunitario utiliza una variedad de métodos para inducir la citolisis -tanto en patógenos como en células infectadas o cancerosas del organismo. Entre los mediadores más potentes de la citolisis en el sistema inmunitario se encuentran las células T y las células asesinas naturales (NK). Estas dos células pueden inducir la apoptosis de una célula o liberar unas proteínas llamadas perforinas que forman canales en la membrana celular. Cuando el agua entra en la célula a través de estos canales, ésta sufre una lisis osmótica. Además, las células NK también pueden actuar a través del sistema inmunitario adaptativo, interactuando con las células T y con los anticuerpos liberados por las células B. A través del sistema de anticuerpos y del complemento, las células patógenas pueden ser lisadas mediante la formación de una estructura transmembrana en forma de anillo en la membrana celular por parte de las proteínas del complemento.
Este método de citolisis puede dar lugar a una complicación importante cuando existe histoincompatibilidad entre la madre y el feto. Cuando un tipo concreto de anticuerpo (IgG) atraviesa la placenta y reconoce antígenos en la sangre del feto, puede activar el sistema del complemento, así como la inmunidad innata, provocando que esos glóbulos rojos sufran hemólisis. El niño nace con síntomas similares a la ictericia.
Las células asesinas naturales también son cruciales para el mecanismo de defensa del cuerpo contra la formación de tumores. Cuando las células cancerosas regulan a la baja la expresión de antígenos de superficie, las poderosas células del sistema inmunitario adaptativo no pueden reconocer estas células ni montar una respuesta inmunitaria contra ellas. Las células NK pueden activar una respuesta inflamatoria, atraer a otras células citotóxicas y, en conjunto, inducir la lisis osmótica o la apoptosis en las células precursoras del tumor.
Funciones de la citolisis
La citolisis es utilizada a menudo como herramienta de supervivencia por diversas células. Mientras que los organismos unicelulares y los patógenos la utilizan para repeler el ataque u obtener acceso a nuevos huéspedes, los organismos multicelulares utilizan la citolisis durante una respuesta inmunitaria o para eliminar las células dañadas y peligrosas de su cuerpo.
Prevención de la citolisis
A pesar de sus muchos usos, es importante que un organismo controle cuándo y cómo se produce la citolisis. Las plantas tienen un mecanismo de defensa natural contra la citolisis porque contienen una pared celular resistente. Cuando una célula vegetal se encuentra en un entorno hipotónico y el agua entra a raudales, la pared celular ejerce una presión opuesta sobre la membrana celular, impidiendo que se expanda o se rompa. En un entorno hipertónico, la célula sufre una pérdida de agua, también conocida como plasmólisis. En una solución isotónica, la cantidad de agua que entra y sale de la célula es la misma, lo que deja su volumen total intacto. En las soluciones hipotónicas, a medida que el agua entra en la célula, la vacuola absorbe gran parte del exceso de agua, protegiendo el citoplasma de la dilución.
La pared celular también crea una presión inversa, haciendo que el agua salga de la célula, mientras se mantiene una turgencia óptima. Esta turgencia permite a las plantas mantenerse erguidas en ausencia de un sistema esquelético interno.
Los protistas unicelulares como la ameba y el paramecio contienen un orgánulo llamado vacuola contráctil que participa en la prevención de la citolisis. Es una estructura pulsante que experimenta ciclos repetidos de diástole (entrada de agua en la vacuola) y sístole (bombeo de agua fuera de la célula). Se desconoce el mecanismo exacto de estas contracciones, pero estos orgánulos parecen funcionar incluso cuando las células se colocan en una solución con alta concentración de sal.
Los organismos pluricelulares suelen disponer de un sofisticado mecanismo para garantizar que todas sus células estén bañadas en una solución isotónica. En los seres humanos y otros mamíferos, se trata del sistema de órganos excretores formado por las unidades funcionales de nefronas en el riñón. Al filtrar la sangre en el riñón, las sales, los iones, los productos de desecho, el amoníaco y el exceso de agua son eliminados y expulsados a intervalos regulares, lo que permite al organismo mantener la homeostasis. Si hay un aumento en la ingesta de agua, hay un aumento concomitante en la eliminación de agua a través del sistema excretor. Este sistema se encuentra bajo la regulación de una elaborada red de hormonas y otras respuestas fisiológicas y garantiza que todas las células del organismo estén expuestas principalmente a un líquido extracelular isotónico. Las células presentes en la interfaz con el mundo exterior -ya sea en la piel o en el revestimiento del sistema digestivo- están protegidas de la citolisis mediante una capa hidrofóbica formada por aceites o ceras.
Ocasionalmente, el sistema excretor se ve desbordado cuando un organismo ingiere repentinamente una gran cantidad de agua en relación con las reservas de sal del cuerpo. Esto se denomina intoxicación por agua y los síntomas surgen por el efecto de la citolisis en las células del cerebro.
- Sistema inmunitario adaptativo – Subconjunto del sistema inmunitario de los vertebrados que es capaz de tener memoria inmunológica. Las segundas y posteriores exposiciones a un patógeno concreto evocan respuestas rápidas y especializadas.
- Crenación – Contracción de una célula tras la exposición a una solución hipertónica.
- Tonicidad – Medida de la concentración relativa de solutos en dos soluciones separadas por una membrana semipermeable. La tonicidad determina la dirección y la extensión de la difusión a través de la membrana.
- Presión de turgor – Presión del agua que empuja la membrana celular contra la pared celular de una célula vegetal.
Quiz
1. ¿Cuál de estas soluciones causará citolisis en los glóbulos rojos?
A. NaCl al 0,9%
B. 1,5% de NaCl
C. 0,4% de NaCl
D. Agua de mar
2. ¿Cuál de estos NO induce citolisis?
A. La colocación de las células en un entorno hipertónico
B. Acción de las perforinas sobre las membranas celulares
C. Actividad del complejo de ataque a la membrana por parte de las proteínas del complemento
D. Alteración de la estructura de la membrana por parte de los virus
3. ¿Cuál de estos métodos utiliza la ameba para evitar la citolisis?
A. Pared celular
B. Sistema de órganos excretores
C. Vacuola contráctil
D. Todas las anteriores
