MEDICRIT Revista de Medicina Interna y Medicina Crítica Papel de las Citoquinas en la Evolución y Pronóstico de los Pacientes con Trauma Cerebral Olivia M. Chávez Grimaldi M.D.1, María Elisa Flores Chávez M.D.2, María de los Reyes Chacón de Petrola M.D.3, Rafael José Chávez Grimaldi M.D.4 1Médico Internista Intensivista. Magíster en Investigación. Jefe de Servicio de la Unidad de Cuidados Intensivos Adultos de la Ciudad Hospitalaria “Dr. Enrique Tejera” de Valencia. Estado Carabobo. Venezuela 2Magíster en Inmunología Clínica. Médico Jefe del Servicio de Inmunologìa de la Ciudad Hospitalaria “Dr. Enrique Tejera” de Valencia. Estado Carabobo. 3Especialista en Inmunología Clínica. Coordinadora de la Unidad de Investigación de Inmunología de la Universidad de Carabobo. 4 Medicina Ocupacional. Conferencia presentada en el Simposio de Cuidados Neurológicos que se llevó a cabo durante las IX Jornadas Nacionales de Medicina Crítica y Medicina Crítica Pediátrica. “Dr Ramón Soto Sánchez” Caracas. 20 al 23 Junio de 2005. Correspondencia: Olivia M. Chávez Grimaldi, Hospital Metropolitano del Norte, av. Valencia n° 96-a-30, piso 2 pasillo "a" consultorio 3. Naguanagua, Estado Carabobo, Venezuela. Teléfono: +582418676701 Ext: 8303. e-mail: [email protected] Medicrit 2005; 2(7):149-154 RESUMEN Se llevó a cabo una revisión sobre la importancia de las citoquinas en los pacientes con Traumatismo Craneoencefálico Severo. Previamente se describen las generalidades de estas sustancias, así como también las propiedades generales del Sistema Nervioso Central. Posteriormente se evalúa la biología de las microglias, considerando su origen celular y embrionario, función de las mismas y su actividad inmunológica ante una agresión cerebral. Se describen a estas células como los macrófagos cerebrales y como las principales células productoras de citoquinas durante el trauma craneoencefálico. Así mismo se hace mención, a la respuesta sistémica a la agresión en los pacientes que presentan esta patología, para analizar posteriormente la respuesta inmunológica en el Sistema Nervioso Central. Se mencionan los factores diferentes al trauma que favorecen la producción de citoquinas en estos enfermos y finalmente se concluye resaltando la importancia que tiene para el médico, lograr en estos pacientes el mejor resultado clínico, traducido no solo en sobrevida sino en calidad de vida, desempeñando las citoquinas un papel protagónico en la evolución y pronóstico de los pacientes con un trauma cerebral. SUMMARY A revision in cytokines's importance in patients with traumatic severe brain injury was carried out. Previously the general outlines of these substances are described, as well as the central nervous system’s general propeties. At a later time microglias's biology is valued, considering his cellular and embryonic origin, of equal manner, immunogenic activity in front of a brain injury is mentioned. These cells are described like cerebral macrofages and like cytokine's productive principal cells during head injury. In like manner the consideration of the systemic answer for the agression in patients the fact that they present this pathology is done, in order to analyze at a later time the immunogenic answer in the central nervous system. Different factors to the trauma which favor cytokine’s production in these sick persons are indicated. Revision is finished indicating the importance on obtaining in these patients the best clinical result, translated not only in be more than enough her life but as life, representing the cytokines an protagonic element in evolution and patients's prognosis with a brain injury. Palabras Clave: Citoquinas, Traumatismo Craneoencefálico E n los pacientes con Traumatismo Craneoencefálico (TCE) se producen múltiples eventos de naturaleza inmunológica y neuroendocrina que determinan en gran medida su evolución y pronóstico. Las citoquinas dentro de la respuesta inmunológica generada en el trauma cerebral representa un elemento protagónico en la génesis de la misma. Previamente consideramos algunas generalidades sobre estas sustancias que nos permitirán un mejor abordaje del tema. GENERALIDADES Las citoquinas son proteínas de bajo peso molecular producidas por diferentes tipos de células del sistema inmune (macrófagos, linfocitos T, NK) y celular no inmune (fibroblastos, células endoteliales). Anteriormente se hablaban de linfocinas, monocinas o interleukinas; según fueran producidas por linfocitos, monocitos, macrófagos o los leucocitos polimorfonucleares respectivamente.1 Dentro de las citoquinas se agrupan las interleukinas, quimiocinas, interferones, factores estimuladores de colonias, factores de crecimiento, FNT. Existen un total de 18-22 interleukinas, unas consideradas proinflamatorias y otras con efecto antiinflamatorio.2 De ellas las más estudiadas dentro de las patologías cerebrales de origen metabólico, endocrino, infeccioso y en trauma cerebral y que han sido purificadas y determinado sus niveles en plasma, suero y otros fluidos son : las interleukinas 1,2,6,8, Factor de Necrosis Tumoral (FNT) alfa y beta que son interleukinas proinflamatorias y las interleukinas 4,10,13 y Factor de Agregación Plaquetaria (FAP) que son interleukinas antiinflamatorias.3-10 PROPIEDADES GENERALES DEL SISTEMA NERVIOSO CENTRAL La base anatómica de las funciones del Sistema Nervioso Central (SNC), es el tejido nervioso, cuya unidad principal son las células nerviosas o neuronas, las cuales son unidades especializadas para la propagación del impulso nervioso. Su nivel de diferenciación es tal que es incapaz de reproducirse, pero a la vez resalta de manera importante para su función las propiedades de excitabilidad, conductibilidad y trofismo. Las células de sostén del SNC se agrupan bajo el nombre de neuroglia o células gliales ("pegamento neuronal"). Son 510 veces más abundantes que las propias neuronas. Existen tres tipos de células gliales, las microglias, los astrocitos y los oligondendrocitos. Las células satélites o células de Schwann y las células del epéndimo se pueden considerar células gliales periféricas.11 Las glias representan no sólo el tejido de sostén, desde el punto de vista espacial, sino también desde el punto de vista metabólico, endocrino e inmunológico.12 Biología de las Microglias Las microglias son macrófagos que tienen un cuerpo muy pequeño y prolongaciones cortas, cumplen funciones de defensa y son las únicas células de origen mesodérmico en el tejido nervioso. Las microglias son células representantes del sistema inmunológico en el SNC. Si bien pueden permanecer en estado quiesciente durante largos periodos de tiempo, pueden modificar su comportamiento en respuesta a diversas señales provenientes del entorno celular. La transformación desde un estado inactivo hasta macrófagos fagocíticos cerebrales, está estrictamente controlada y acompañada por la producción de sustancias que incluyen citoquinas, aminoácidos excitatorios (glutamato) y radicales libres por medio de los cuales las microglias activadas se comunican con otras células del cerebro y del sistema inmunológico. De este modo, representan una defensa esencial del huésped, pero pueden ser también responsables de la destrucción de tejidos y de la muerte neuronal. Por esta razón, los macrófagos cerebrales son considerados hoy, como un elevento importante en la patogenia de enfermedades inflamatorias agudas, crónicas y neurodegenerativas. Además, representan un sitio de acción de futuros fármacos neuroprotectores.13 Se reconoce que las microglias tienen origen en los monocitos sanguíneos e invaden el cerebro muy tempranamente durante el desarrollo. Luego en la etapa postnatal cambian su morfología y se diferencian en células altamente ramificadas con poca actividad fagocítica y enzimática. Cuando sobreviene un estímulo fisiológico o patológico, las microglias se activan constituyendo macrófagos cerebrales. Este proceso de activación se caracteriza por proliferación, aumento en la expresión de moléculas propias de los macrófagos (por ejemplo del número de antígenos del complejo de histocompatibilidad (MHC), y finalmente, por cambios morfológicos (adoptando un fenotipo similar a los macrófagos ameboides con propiedades fagocíticas y migratorias), pueden presentar antígenos a los linfocitos T y tienen capacidades citotóxicas que se llevan a cabo por varios mecanismos, conduciendo además a la producción o secreción de citoquinas en el tejido cerebral.14 La activación de las microglias puede ser estimulada por daño cerebral, isquemia, traumatismo, procesos infecciosos y degenerativos; incluso la reacción microglial se puede observar si la lesión es lejana (como por ejemplo en el sistema nervioso periférico), induciendo a la expresión del antígeno de MHC clase I y II. Los astrocitos también responden en forma vigorosa ante un proceso inflamatorio, ellos aumentan su número y tamaño y expresan moléculas indetectables en astroglias inactivas, que incluyen antígenos de MHC clase I. Los astrocittos activados favorecen la destoxificación de aminoácidos excitatorios como el glutamato, producen antioxidantes, como el superóxido dismutasa y son capaces de eliminar el exceso de potasio extracelular, contribuyendo en forma importante a la protección del tejido cerebral.13 ¿QUÉ OCURRE EN EL PACIENTE CON TCE DESDE EL PUNTO DE VISTA SISTÉMICO? Al producirse un determinado estímulo agresor, en este caso un TCE, el organismo va a responder a través de una serie de componentes neuroendocrinos y humorales con el fin de lograr un equilibrio. Se va a producir una respuesta considerada UNIVERSAL, porque no distingue al estímulo que la desencadena, estructural porque mantiene siempre unas relaciones constantes entre sus elementos y proporcional a la intensidad del agente agresor que la provoca.15,16 En los receptores los estímulos se traducen en un grupo definido de señales aferentes que se transmiten al SNC por vías nerviosas específicas. En el SNC, dichos impulsos se integran con otros y se genera un grupo definido de impulsos eferentes; a su vez, éstos estimulan o inhiben la liberación de innumerables efectores neuroendocrinos, que producen cambios fisiológicos orientados a corregir las alteraciones de la homeostasis.17 Los fenómenos que ocurren después de la lesión suelen ser respuestas graduadas; esto es, entre más intenso sea el daño, más intensa será la respuesta. Las reacciones por lo regular se intensifican hasta alcanzar un nivel máximo.18 El comienzo inmediato de la liberación de hormonas depende de un reflejo activado por nervios aferentes. Aunque la intensificación refleja de la actividad simpática ocurre sólo en el bulbo raquídeo o la médula espinal, al parecer requiere coordinación hipotalámica semejante a la observada en el control de la liberación de las hormonas de la adenohipófisis.19 Fases de la Respuesta Sistémica a la Agresión La respuesta a la agresión fue dividida por Cuthbertson en 1942 en una fase inicial llamada "ebb" o hipodinámica, otra llamada "flow" o hiperdinámica y otra anabólica o de reparación. Actualmente se admite una división más adecuada a la realidad en donde se establece que el proceso de agresión es dinámico y no obligatoriamente consecutivo. Se describen cuatro fases; una primera fase (Fase I) o Aguda que comienza en el instante de contacto del organismo con el agente agresor, tiene una duración de 2 o 3 días. Si la evolución es favorable concluye con la Fase II o de reparación. Puede ocurrir que la evolución no sea buena, bien por la magnitud del agente o por el mal manejo del paciente e iniciarse la fase III o de reactivación. Si el curso de la enfermedad sigue siendo adverso se entrará en la fase de disfunción/ fallo multiorgánico, o fase IV, que frecuentemente conduce a la muerte.20 En la Fase II intervienen las citoquinas antiinflamatorias, una vez activadas los macrófagos y linfocitos T ; con una respuesta antiinflamatoria de compensación para mantener la homeostasis. En la Fase III y IV predomina el efecto de las citoquinas proinflamatorias ya mencionadas. Así mismo las citoquinas modulan una cascada de mediadores que son los responsables de los signos clínicos locales de la inflamación, como son el complemento, las prostaglandinas, los leucotrienos, entre otros. 21-23 ¿QUÉ OCURRE EN EL PACIENTE CON TCE A NIVEL DEL SISTEMA NERVIOSO CENTRAL? Papel de las Citoquinas a Nivel del Sistema Nervioso Central ante un Trauma Cerebral El Sistema inmunológico en el Sistema Nervioso Central (SNC) se comporta diferente que a nivel sistémico. En el tejido cerebral, además de las células especializadas para la conducción de estímulos tenemos las glías o células de sostén, que como mencionamos ya cumplen funciones metabólicas, endocrinas e inmunológicas.24 Las microglias son las células mayormente involucradas en la producción de citoquinas, a nivel del SNC, son consideradas los macrófagos del SNC; originadas a partir de monocitos sanguíneos que invaden el tejido cerebral; migrando en etapas tempranas del desarrollo. Luego en etapa post natal cambian su morfología y se diferencian en macrófagos, manteniéndose en estado quiescente durante largos períodos de tiempo y ante un estímulo, en este caso un trauma cerebral, se activan induciendo la producción de citoquinas y con todas las propiedades de los macrófagos. (fagocitosis, activación de linfocitos T entre otras).14 Al producirse el daño del tejido cerebral, la isquemia cerebral conduce como sabemos a una falta de ATP que perturba el funcionamiento de la bomba Sodio-Potasio ATP asa, incrementándose de forma progresiva la conductancia del potasio que lleva a la salida masiva de potasio, con aumento del mismo en el espacio intercelular, lo cual puede despolarizar las microglias por medio de un canal de potasio entrante que conduce a su activación; debido a que estas células carecen de corrientes salientes rectificadoras, incluso una pequeña corriente entrante conduce a la despolarización de la membrana de las microglias, favoreciendo su activación con producción de citoquinas; asi como también favorece los cambios ya descritos en estas células que contribuyen a la estimulación de la cascada inmunológica en el tejido cerebral. La activación de las microglias ocurre incluso cuando no se ha producido el daño neuronal, siendo un marcador temprano y sensible.14,25 Se ha descrito activación de las microglias a distancia del sitio de la lesión, como es el caso de isquemia en los núcleos de la base que conduce a la activación de microglias en el hipotálamo y por ende a la producción de citoquinas. En la Revista de Am J Physiol Cire del año 2004 se publica una investigación llevada a cabo en ratas en las cuales se indujo un infarto del miocardio y posteriormente se determinaron FNT en plasma y tejido cerebral, demostrándose así la producción a distancia de este marcador en el SNC. Se plantea incluso en este estudio la utilización de pentoxifilina para disminuir la producción de esta citoquina y así disminuir la incidencia de insuficiencia cardiaca post infarto del miocardio.26 Los astrocitos también contribuyen a la producción de citoquinas, específicamente la interleukina, ellos son capaces de activar a las microglias e igualmente las microglias favorecen su activación. Los oligodendrocitos contribuyen muy poco a la producción de estos mediadores en el SNC, produciendo solo escasa cantidad de interleukinas 18.27 Una barrera hematoencefálica intacta tiende a favorecer la participación de las microglias en el sitio donde se produce el trauma, tal como ocurre en los TCE cerrados.28,29 En los TCE abiertos, como en una herida penetrante, herida por ar- ma de fuego, que causa un daño directo de los vasos sanguíneos con ruptura de la barrera hematoencefálica y destrucción neuronal aguda, además de la activación de las microglias, hay migración de neutrófilos y monocitos en los bordes de la herida y de linfocitos T periféricos, los cuales inducen a la producción de citoquinas, en este caso de origen periférico.30 No obstante hay evidencias demostradas de que la disfunción de la barrera hematoencefálica no influye en forma importante en un mayor ascenso de las citoquinas en el líquido cefalorraquídeo (LCR), tal y como se demuestra en un estudio publicado en la revista de Shock en el año 2001 en donde se determinaron los niveles de interleukinas 6,8 y 10 en plasma y en el LCR, después de un TCE severo, observándose un aumento significativo, sobre todo de las interleukinas 6 y 8 en el LCR cuando se comparan con los niveles en el plasma, independientemente de la presencia o no de disfunción de la barrera hematoencefálica.31,32 En una barrera hematoencefálica intacta las citoquinas penetran al cerebro desde la periferia por un movimiento transcelular de simple difusión, favorecido por el tamaño molecular y la naturaleza hidrofílica de las mismas. Cuando existe alteración de la barrera hematoencefálica el pasaje de estas moléculas se lleva a cabo por un mecanismo de transporte transcelular saturable; sin embargo ello no ha demostrado tener un efecto significativo en el SNC al momento de producirse el trauma cerebral.33 En el trauma cerebral, aún con disfunción o alteración de la BHE la producción de las citoquinas en el SNC está representada en su mayoría por la activación de las microglias y los astrocitos, tal y como se ha demostrado en estudios publicados en Br J Anaesth. 1997; en donde se determinó las citoquinas a nivel de la carótida y en la yugolar en pacientes con TCE; determinaciones que se realizaron a las 24, 48 y 96 horas del trauma; obteniéndose un gradiente importante al comparar ambos valores, mayores a nivel venoso, demostrándose así una producción intrínseca de citoquinas en el SNC aún con disfunción de la barrera hematoencefálica.34 De esta manera podemos decir que en el sitio de la lesión se desencadena igualmente una respuesta inflamatoria en donde se van a producir tanto citoquinas inflamatorias como antiinflamatorias y dependiendo del equilibrio entre ambos grupos de citoquinas será la respuesta, favoreciéndose la inflamación o la respuesta antiinflamatoria compensadora, lo cual determinará o marcará una pauta en el desarrollo de complicaciones posteriores como lo es el edema cerebral y el Síndrome de Hipertensión Endocraneana. ¿CUÁLES SON LOS FACTORES DIFERENTES AL TRAUMA CEREBRAL QUE FAVORECEN LA PRODUCCIÓN DE CITOQUINAS EN EL SNC EN LOS PACIENTES CON TCE? 1- En primer lugar tenemos la respuesta neuroendocrina; al iniciar el tema dijimos que había una respuesta inmunológica de la cual venimos hablando y una respuesta neu- roendocrina. Esta respuesta neuroendocrina viene dada por el sistema de estrés, representada por el eje hipotálamo-hipófisis-adrenal (HHA) y por el sistema simpático. En un grado mayor el eje HHA es capaz de inhibir la síntesis de citoquinas o a sus receptores; (especialmente las interleukinas 1,6 y el FNT y la interleukina 2. Es bien conocido el efecto antiinflamatorio e inmunosupresor de los corticoides. El cortisol influye tanto a nivel periférico como a nivel del SNC, inhibiendo la producción de citoquinas proinflamatorias; así mismo estas citoquinas actúan a nivel del hipotálamo y de la hipófisis estimulando la síntesis de corticotropina y la adrenocorticotropa, existiendo por tanto una relación bidireccional entre ambos sistemas (inmunológico y neuroendocrino).35 2- Las enfermedades coexistentes como las patologías cerebrales crónicas de tipo degenerativas, metabólicas, cerebrovasculares e incluso psiquiátricas pueden producir elevación de las citoquinas en el SNC y conducir a alteraciones previas de estas sustancias en los pacientes con TCE.36,37 3- Numerosos medicamentos pueden favorecer la producción de citoquinas en el tejido cerebral, se ha descrito que el uso de vasopresores como la norepinefrina pueden conducir a un ascenso importante de las citoquinas cerebrales en los pacientes con TCE con inestabilidad hemodinámica. 38 4- La calidad del volumen circulante eficaz del cual depende en parte las condiciones hemodinámicas del paciente puede influir en la elevación de estos marcadores. 5- Dolor y emociones. El estado de estrés condicionado por el trauma cerebral.39 6- Los cambios de la temperatura corporal. 7- Las infecciones. 8- Los factores psicológicos, la estimulación neurológica. Es evidente que el conocimiento cada vez mejor de todos estos eventos fisiopatológicos pueden contribuir a un mejor manejo de todos estos pacientes, al tener claro todos aquellos factores a través de los cuales se desencadena toda esta cascada inmunológica en el trauma cerebral. Así mismo todo ello puede sugerir un blanco terapéutico en el campo de la neuroprotección, actuando directamente en el bloqueo de los receptores específicos de las citoquinas o inhibiendo directamente a las citoquinas mediante anticuerpos anticitoquinas , tal y como se ha hecho con el FNT, en donde se han creado incluso receptores solubles del FNT.40 Hasta el momento no se describen fármacos dirigidos al bloqueo de estas sustancias, pero si existen revisiones en las cuales se plantea esta posibilidad como un futuro probable dentro del campo de la neuroprotección. Se hace necesario por tanto un conocimiento cada vez mejor de la respuesta inmunológica en el SNC durante el trauma cerebral, siendo este sistema junto con el sistema neuroendocrino los dos pilares fundamentales que protagonizan los eventos fisiopatológicos que se ponen en marcha en el TCE y que determinarán la evolución y el pronóstico de estos enfermos. Es preciso conocer y analizar todos estos conceptos que determinarán en definitiva la calidad de vida del paciente con un trauma cerebral, ya que la meta en el tratamiento debe ir dirigida no solo a superar el trauma sino también a lograr una mejor y mayor calidad de vida. Queda mucho por conocer en el campo de la Inmunología del SNC, conocimientos valiosos que nos permitirán prevenir y manejar más adecuadamente todas las complicaciones de estos enfermos y así obtener un mejor resultado clínico traducido no solo en sobrevida sino en calidad de vida. Ante la muerte inevitable no podemos luchar, pero al superar el trauma, buscamos una recuperación óptima del paciente que le permita tener una vida digna.41 Para comentarios sobre este artículo favor dirigirse a: [email protected] REFERENCIAS 1- Blatteis, C.M. (1990). Neuromodulative action of cytokines. Yale J Biol Med. 63:133-146. 2- Chirinos, M.J. (2001). 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