Intercambio gaseoso y el problema de los antígenos aéreos
Los pulmones desempeñan la función vital del intercambio gaseoso: el oxígeno (O₂) pasa del aire atmosférico a la sangre y el dióxido de carbono (CO₂) es expulsado al exterior. Sin embargo, junto con el aire, diversos antígenos —microorganismos, polen, partículas de polvo y alérgenos— penetran en las vías respiratorias. Surge un problema fundamental: garantizar el libre paso de los gases y, al mismo tiempo, evitar que los agentes extraños penetren en el medio interno del organismo.
La solución a este problema se materializa a nivel de la estructura fina de la porción respiratoria de los pulmones. La defensa se basa en dos mecanismos complementarios: la barrera hematograsea y el complejo surfactante.
Estructura de la porción respiratoria
La unidad estructural final del intercambio gaseoso es el alvéolo. Su pared está representada por tejido epitelial que descansa sobre una membrana basal. En la composición del epitelio alveolar se distinguen dos tipos de células:
- Neumocitos tipo I (respiratorios): células planas con citoplasma delgado a través del cual se realiza la difusión de gases;
- Neumocitos tipo II (secretorios): células de forma prismática que producen la parte líquida (hipofase) del surfactante.
Al alvéolo se adhiere un capilar sanguíneo, revestido por células endoteliales sobre su propia membrana basal. Las membranas basales del epitelio alveolar y del endotelio capilar tienen una estructura similar y, en las zonas de contacto máximo, pueden fusionarse, lo que garantiza una difusión eficaz de los gases.
Barrera hematogaseosa
La barrera hematograsea (aire-sangre) es el conjunto de estructuras que separan el aire alveolar y la sangre del capilar. Sus componentes incluyen:
- el surfactante que reviste el alvéolo desde el interior;
- el citoplasma del neumocito tipo I con su membrana basal;
- la membrana basal común o fusionada;
- el citoplasma de la célula endotelial capilar;
- el macrófago alveolar, que realiza la fagocitosis de los antígenos que han penetrado en la luz alveolar.
El intercambio gaseoso a través de esta barrera se produce mediante difusión simple según el gradiente de presión parcial: el O₂ se desplaza hacia la sangre y el CO₂ hacia la luz alveolar. Los macrófagos alveolares pertenecen al sistema de inmunidad innata y representan la primera línea de defensa celular de las vías respiratorias.
Surfactante: composición y origen
El surfactante es una sustancia tensioactiva que reviste los alvéolos desde el interior. Consta de dos fases:
- La hipofase: la parte líquida producida por los neumocitos tipo II;
- La fase membranosa: una película superficial más densa en cuya formación participan las células de Clara (exocrinocitos bronquiolares) ubicadas en los bronquiolos terminales.
Desde el punto de vista de su naturaleza química, el surfactante es un complejo de fosfolípidos y proteínas específicas (proteínas asociadas al surfactante).
Funciones del surfactante
El complejo surfactante cumple tres funciones clave:
- Función de barrera (antiadhesiva para antígenos): los antígenos, al entrar en contacto con la fase membranosa del surfactante, no pueden penetrar hacia la superficie del neumocito y, posteriormente, hacia la sangre;
- Prevención de la trasudación plasmática: el surfactante evita que la porción líquida de la sangre se transude hacia la luz alveolar, lo que de otro modo crearía un medio de cultivo para los microorganismos y dificultaría la respiración;
- Mantenimiento del estado expandido de los alvéolos: al disminuir la tensión superficial, el surfactante previene el colapso (atelectasia) de los alvéolos durante la espiración.
Además, las proteínas del surfactante SP-A y SP-D poseen propiedades opsonizantes, facilitando la fagocitosis de los microorganismos por los macrófagos alveolares.
Puntos clave
- La defensa pulmonar frente a los antígenos aéreos está garantizada por dos mecanismos: la barrera hematograsea y el complejo surfactante.
- La barrera hematograsea incluye el surfactante, el neumocito tipo I, la membrana basal común, el endoteliocito capilar y el macrófago alveolar.
- El intercambio gaseoso entre el aire y la sangre se realiza mediante difusión simple.
- Los neumocitos tipo II producen la hipofase del surfactante y las células de Clara producen los componentes de la fase membranosa.
- El surfactante impide la penetración de los antígenos, evita que el plasma se transude hacia los alvéolos y previene su colapso.
- Los macrófagos alveolares son un eslabón clave de la inmunidad innata pulmonar y realizan la fagocitosis de partículas extrañas.
- La similitud estructural de las membranas basales de los neumocitos y las células endoteliales es la base morfológica para un intercambio gaseoso eficaz.