Resumen
Cuando respiramos, los pulmones intercambian oxígeno del aire por desechos de dióxido de carbono de la sangre. Este intercambio es vital para la vida. Cada respiración expone los pulmones al ambiente exterior, que contiene contaminación y gérmenes, lo que representa una amenaza para nuestra salud. La primera línea de defensa se llama escalera mecánica mucociliar: el moco atrapa el material potencialmente peligroso y los cilios empujan ese material hacia arriba y fuera de nuestras vías respiratorias. Cuando la escalera mecánica mucociliar no funciona correctamente, podemos desarrollar una enfermedad pulmonar. Por ejemplo, los pacientes con enfermedades genéticas como la fibrosis quística (FQ) y la discinesia ciliar primaria (PCD), o enfermedades relacionadas con el tabaquismo como la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) tienen moco extremadamente espeso. Este moco se acumula, permitiendo que las bacterias, los hongos y los virus prosperen, causando daño pulmonar y disminución de la oxigenación. Las enfermedades pulmonares hacen que la respiración sea extremadamente difícil, y los pacientes pueden tener enfermedades respiratorias potencialmente mortales cuando la escalera mecánica mucociliar no puede mantener la salud pulmonar.
¿Cómo Funcionan los Pulmones?
La función principal de los pulmones es respirar. Intercambio de gases es el nombre del proceso por el cual el oxígeno entra en el torrente sanguíneo (por inhalación) y los desechos de dióxido de carbono salen del cuerpo (por exhalación). La estructura del pulmón ha evolucionado para realizar esta tarea de manera muy eficiente. La estructura básica de los pulmones es una serie de tubos huecos, llamados vías respiratorias. Las vías respiratorias se ramifican y se hacen más pequeñas, terminando en pequeños sacos de aire llamados alvéolos. Los alvéolos están cubiertos de pequeños vasos sanguíneos llamados capilares, que funcionan para intercambiar gases en la sangre . Los pulmones se pueden comparar con un árbol que tiene un tronco principal grande con ramas que se hacen más pequeñas cuanto más lejos están del tronco. Los alvéolos son como las hojas.
Hay dos regiones principales en el pulmón: la zona conductora y la zona respiratoria (Figura 1). El aire se transporta a los pulmones a través de la zona conductora y se lleva a la zona respiratoria que contiene los alvéolos. Los alvéolos de una persona tienen la misma superficie que una cancha de tenis, que es un montón de área para permitir el intercambio de gases. La zona conductora es la parte del pulmón por la que el aire fluye sin ningún intercambio de gases, porque los tubos son demasiado gruesos para que los gases se muevan. La zona conductora está revestida de estructuras en forma de pelo llamadas cilios que están cubiertas de moco, lo que ayuda a atrapar materiales potencialmente peligrosos. Los cilios son proyecciones móviles, diminutas, en forma de dedos en la superficie de las células de las vías respiratorias. Los cilios recubren las vías respiratorias y ayudan a mover el moco hacia arriba y fuera de los pulmones . Los cilios miden aproximadamente 6-7 micrómetros de alto, o aproximadamente una décima parte del ancho de un cabello humano .
Partículas y gérmenes en el aire: Por qué los pulmones necesitan defensa
Hay muchos tipos de partículas que podrían ingresar a los pulmones y causar daños. Algunas de estas partículas son contaminantes, como las emisiones de los vehículos a gas, el monóxido de carbono de las chimeneas, las toxinas de vapear o fumar y los aerosoles como la laca para el cabello. Las partículas pueden quedar atrapadas en varias áreas del pulmón. Los pelos cortos, como los de la parte superior de la cabeza, recubren el interior de las fosas nasales y están cubiertos de moco. Estos pelos cubiertos de moco ayudan a atrapar partículas más grandes a medida que entran en la nariz. Las partículas que entran en la zona conductora pueden dañar las células de las vías respiratorias, lo que puede reducir el movimiento de sus cilios y provocar una acumulación de moco que no se puede eliminar de las vías respiratorias . Las vías respiratorias obstruidas por mucosidad pueden no permitir que el aire viaje con la misma eficacia, como las hojas de un canal interfieren con el flujo de agua. Las partículas más pequeñas a veces pueden llegar hasta los alvéolos. El daño a los alvéolos hace que la respiración sea considerablemente más difícil, porque el oxígeno no se difunde tan bien en la sangre. Esta eficiencia reducida del intercambio de gases puede hacer que el resto del cuerpo sea hipóxico, lo que significa bajo en oxígeno. Solo la zona conductora, desde la tráquea hasta los bronquiolos, tiene la capacidad de mover el moco utilizando cilios, por lo que los alvéolos no pueden confiar en este mecanismo para deshacerse de estas pequeñas partículas . Vivir en una ciudad contaminada o años de fumar o vapear puede causar que el tejido pulmonar se inflame y provoque enfermedades, como la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) .
¿Qué es la Escalera Mecánica Mucociliar?
La escalera mecánica mucociliar está dentro de las vías respiratorias conductoras y está formada por moco y cilios, que mueven el moco hacia arriba y hacia fuera de los pulmones, donde puede expulsarse al toser o tragar (Figuras 1, 2) . Como primera línea de defensa, el moco de las vías respiratorias está compuesto de diferentes componentes que lo ayudan a atrapar partículas y gérmenes . El moco es una barrera física para proteger los pulmones y tiene propiedades que ayudan a eliminar bacterias, hongos y virus potencialmente infecciosos . Algunos de los componentes importantes del moco de las vías respiratorias son las mucinas (proteínas pegajosas recubiertas de azúcar), las proteínas de defensa, la sal y el agua. Juntos, estos componentes forman un gel que atrapa las partículas que entran en las vías respiratorias .
- Figura 2 – (Izquierda) Los cilios en las vías respiratorias sanas son móviles y capaces de mover el moco de manera eficiente por la escalera mecánica mucociliar.
- (Medio) En la FQ, el moco se vuelve espeso y difícil de mover, lo que hace que la escalera mecánica mucociliar sea menos eficiente; esto permite que los gérmenes/partículas queden atrapados, causando eventualmente daño pulmonar. (Derecha) En PCD, los cilios son menos móviles o incluso inmóviles, lo que los hace incapaces de mover el moco por la escalera mecánica mucociliar.
La mucosidad es producida principalmente por células que recubren el interior de las vías respiratorias. Estas se denominan células cálices. Las celdas de las copas tienen forma de cálices medievales, de ahí el nombre de copa. A diferencia de otras células en las vías respiratorias que son ciliadas y con forma de columnas, las células cálices no tienen cilios en la parte superior. Las células de la copa no están presentes más allá de la zona conductora, para evitar que el moco interfiera con el intercambio de gases. El moco también participa en la hidratación de las vías respiratorias, que es necesaria para el correcto funcionamiento de los cilios .
El movimiento de los cilios es similar a la forma en que se mueven los brazos mientras nadas la braza . Un cilio individual no es lo suficientemente fuerte como para mover la capa de moco por sí solo, pero cuando miles de cilios laten juntos de manera coordinada, pueden hacer que el moco se mueva colectivamente . Imagine a una multitud en un concierto cuando el artista se zambulle fuera del escenario para surfear con la multitud: el artista es como un manojo de moco, sostenido por los brazos de la multitud y movido en una ola coordinada. En cierto sentido, los cilios se comunican entre sí a través del movimiento para producir un movimiento coordinado y eficiente del moco. Así es como funciona la escalera mecánica mucociliar.
¿Qué Enfermedades Pueden Ocurrir Cuando la Escalera Mecánica Mucociliar No Funciona Correctamente?
Algunas personas heredan genes anormales de sus padres y nacen con una enfermedad llamada discinesia ciliar primaria (CPD) (Figura 2). La ECP es una enfermedad pulmonar que impide que los cilios late eficazmente y, en casos graves, evita que se muevan en absoluto . En los pacientes con ECP, las vías respiratorias se infectan debido al transporte ineficaz de moco, lo que daña las células de las vías respiratorias. Cuando las vías respiratorias se dañan con el tiempo, se vuelven flácidas, como una pajita colapsada, lo que impide que el aire se mueva a través de ellas y dificulta la respiración. Imagine beber un batido espeso y delicioso; se requiere menos esfuerzo cuando usa una pajita de ancho normal en comparación con una pajita del ancho de un fideo de espagueti.
La fibrosis quística (FQ) es otra enfermedad hereditaria que afecta a la escalera mecánica mucociliar (Figura 2). Las personas con FQ tienen mutaciones en ambas copias del gen (uno de mamá y otro de papá) responsable de producir una proteína llamada regulador de la conductancia transmembrana de la fibrosis quística (CFTR). El CFTR forma un canal a través de las membranas de las células que participa en la producción de sudor, líquidos digestivos y moco. El CFTR regula cuánta agua termina en estas secreciones y, por lo tanto, cuán espesa y pegajosa se vuelve la mucosidad. Cuando el canal no funciona correctamente, el moco no tiene suficiente agua y se espesa, como el pegamento. El moco extraordinariamente espeso se acumula en los pulmones, a diferencia del moco acuoso normal que se elimina fácilmente por la escalera mecánica mucociliar, lo que hace que el moco espeso se acumule y, finalmente, cause destrucción de las vías respiratorias e insuficiencia pulmonar.
La enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) es una enfermedad que puede ocurrir después de fumar cigarrillos o vapear cigarrillos electrónicos. La EPOC puede tener un impacto negativo en la escalera mecánica mucociliar y causar una enfermedad pulmonar que se parece en muchos aspectos a la FQ . El daño a la escalera mecánica mucociliar puede contribuir a otras enfermedades comunes como la neumonía y el asma, que tienen problemas de mucosidad similares, pero a veces menos graves.
Conclusión: Por qué el moco, los Cilios y la Escalera mecánica mucociliar Importan
El funcionamiento adecuado de la escalera mecánica mucociliar es necesario para tener pulmones sanos. El moco y los cilios son un mecanismo de defensa primario para los pulmones. Si hay un problema con el moco o los cilios, las vías respiratorias pueden bloquearse y los gérmenes y partículas dañinas pueden quedar atrapados en los pulmones, causando daños. Las enfermedades genéticas como la ECP y la FQ y las enfermedades adquiridas como la EPOC tienen un impacto negativo en la escalera mecánica mucociliar. Estas enfermedades pulmonares pueden provocar un menor intercambio de gases y hacer que el resto del cuerpo se vuelva hipóxico. Así que recuerde: cuando está enfermo en casa con un resfriado, el moco que está tosiendo es de la escalera mecánica mucociliar, y ayuda a mantener sus pulmones felices y saludables al eliminar partículas y gérmenes potencialmente dañinos.
Las contribuciones de los autores
MW, JP, JK, TB, SP, R-JS y SR contribuyeron a la preparación y edición final del manuscrito. Todos los autores aprobaron el borrador final del manuscrito antes de su envío.
Glosario
Intercambio de gases: Proceso mediante el cual los desechos de dióxido de carbono (CO2) se eliminan del torrente sanguíneo y se sustituyen por oxígeno inhalado (O2).
Alvéolos: Sacos de aire que conforman la porción más pequeña de la zona respiratoria; los alvéolos y los vasos sanguíneos capilares están muy cerca; aquí es donde se produce el intercambio de gases.
Zona conductora: La porción del tracto respiratorio que no está involucrada en el intercambio de gases; el propósito de la zona conductora es mover aire hacia y desde la zona respiratoria; dónde se encuentra la escalera mecánica mucociliar; se encuentra en el pulmón proximal desde la tráquea hasta los bronquiolos.
Zona respiratoria: La porción del tracto respiratorio donde se produce el intercambio de gases; se encuentra en el pulmón distal donde se encuentran los alvéolos.
Cilios: Proyecciones móviles en forma de pelo en la parte superior de las células que recubren las vías respiratorias de la zona conductora; los cilios mueven el moco a lo largo de la escalera mecánica mucociliar.Moco: Sustancia pegajosa, similar a un gel, que se encuentra en la parte superior del cepillo para cilios en las vías respiratorias de la zona conductora; en los pulmones, el moco es producido por las células y glándulas de las copas y funciona para proteger las vías respiratorias de materiales peligrosos; el moco está compuesto de agua, glicoproteínas de mucina, proteínas de defensa y sal.
Escalera mecánica mucociliar: Término para el aparato de moco y cilios; responsable del movimiento del moco hacia arriba y hacia fuera del tracto respiratorio; el moco atrapa partículas y los cilios impulsan el moco hacia arriba y hacia fuera de los pulmones.
Declaración de Conflicto de Intereses
SR tiene un uso patentado sin licencia de la Tomografía de Coherencia microóptica como dispositivo de diagnóstico, que se utiliza para caracterizar la microanatomía funcional de la escalera mecánica mucociliar.
Los demás autores declaran que la investigación se realizó en ausencia de relaciones comerciales o financieras que pudieran interpretarse como un posible conflicto de intereses.
Agradecimientos
Los autores agradecen a George D. Phillips (13 años), S. Corinne Phillips (16 años) y Andrew Rowe (14 años) por leer el manuscrito y sus meditadas ediciones y comentarios. Jeremie Lever y Basil Bono por proporcionar un apoyo invaluable para la finalización de este proyecto.
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