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Fisiopatología del Alzheimer: Análisis de la Patología Anatómica, Molecular y Genética, Monografías, Ensayos de Psiquiatría

Este documento revisa la fisiopatología de la Enfermedad de Alzheimer (EA) a nivel anatómico, molecular y genético. Se analiza la importancia de las lesiones características de la EA, las placas seniles (PS) y los ovillos neurofibrilares (ONF), y se discuten las teorías actuales sobre su etiología y relación con el deterioro cognitivo.

Qué aprenderás

  • ¿Qué son las placas seniles y los ovillos neurofibrilares en la Enfermedad de Alzheimer?
  • ¿Cómo se forman las placas seniles y los ovillos neurofibrilares en la Enfermedad de Alzheimer?
  • ¿Qué teorías explican la relación entre las placas seniles y los ovillos neurofibrilares en la Enfermedad de Alzheimer?

Tipo: Monografías, Ensayos

2020/2021

Subido el 29/09/2021

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* Especialista Grado I Neurología, CIREN.
** Especialista Grado II Medicina Interna, CIREN.
*** Residente de Neurofisiología, CIREN.
**** Especialista Grado II Neurología, CIREN.
Fisiopatología de la enfermedad de Alzheimer
Álvarez Sánchez Mario,* Pedroso Ivonne,* de la Fe Amado,*
Padrón Sánchez Arnoldo,** Álvarez Sánchez Marilet,*** Álvarez Lázaro****
RESUMEN
La Enfermedad de Alzheimer (EA) es la causa más frecuente de demencia. Sus rasgos histopatológicos característicos son la
acumulación extracelular de cuerpos amiloides y la presencia intracelular de ovillos neurofibrilares. En esta revisión analizamos
la fisiopatología a diferentes niveles abordando los aspectos anatómicos, moleculares y genéticos, así como su importancia en el
desarrollo de los síntomas. Estos conceptos son la base de los nuevos tratamientos que hoy se desarrollan.
Palabras clave: enfermedad de Alzheimer, fisiopatología.
Pathophysiology of Alzheimer’s disease
ABSTRACT
Alzheimer disease is the most common cause of dementia. Its pathological land marks are the extracelular accumulation of
amyloid plaques and the intracellular neurofibrilar tangles. In this paper we review the pathophysiology at anatomical, molecular
and genetics levels and analyze the importance for developing symptoms. These concepts are the base for future treatments.
Key words: Alzheimer’s disease, pathophysiology.
ARTÍCULO DE REVISIÓN
INTRODUCCIÓN
La EA es la cuarta causa de muerte en países desa-
rrollados y la primera causa de demencia, presente entre
40 y 50% de los casos. Es la más frecuente de las
neurodegeneraciones. Hoy en el mundo existen más de
24 millones de personas con demencia y se estiman 4.6
millones de casos nuevos cada año. Con el aumento de la
esperanza de vida y el envejecimiento de la población se
espera que estas cifras se dupliquen para el año 2040.
La presencia de placas seniles (PS) y ovillos
neurofibrilares (ONF) constituyen los marcadores bioló-
gicos de la EA. Sin embargo, la etiología de las formas
esporádicas, los mecanismos de acumulación de las PS y
los ONF, la relación entre éstos y su peso en el deterioro
cognitivo permanecen en estudio. En los últimos años se
han acumulado nuevos conocimientos que nos propone-
mos revisar en este artículo.
ANATOMÍA PATOLÓGICA
La EA se caracteriza a simple vista por una afecta-
ción cortical con respeto de estructuras subcorticales. Se
observa una disminución de la transparencia y fibrosis de
las leptomeninges, con grandes lagunas subaracnoideas
por los espacios dejados entre los surcos cerebrales. Al
retirar las meninges se muestra un cerebro pálido con dis-
minución del peso (aproximadamente 800 g contra 1,300
a 1,700 g en el adulto normal) con atrofia global, bilateral
y simétrica de ambos hemisferios, con circunvoluciones
atrofiadas y surcos aumentados que en ocasiones dejan
ver la profundidad de los valles, con mayor afectación
fronto temporo parietal (áreas de asociación) y con res-
peto relativo de áreas sensoriomotoras primarias y lóbulo
paracentral. La región más comprometida es la cara
mesial del lóbulo temporal que muestra signos de esclero-
sis. Se observa un aumento del volumen de los ventrículos.
Aunque no definen la enfermedad, usualmente exis-
ten cambios en la sustancia blanca subcortical tanto en
forma de leucoaraiosis como de pequeños infartos.
MICROSCÓPICO
Corroboran los hallazgos antes descritos. Se obser-
van además cambios subcorticales de importancia tales
como la despoblación neuronal del núcleo basal de
Meynert, los núcleos del rafe, el núcleo ceruleus y lesio-
nes en sustancia blanca. Las dos lesiones típicas que
definen la EA son.
Placas seniles (PS)
Se observan en el intersticio, entre neuronas. Miden
entre 20 y 100 micras y están constituidas por un núcleo o
core cuyo principal componente es el beta amiloide (BA).
Este núcleo se encuentra rodeado por neuritas degenera-
das, microglias activadas y astrocitos que le dan un as-
pecto de nido. Otras sustancias que conforman las PS
son la alfa sinucleína (principal componente no amiloide),
alfa 1 antiquimotripsina, alfa 2 macroglobulina, la
apolipoproteína E, ubiquitina y las presenilinas. También
Revista Mexicana de Neurociencia
Mayo-Junio, 2008; 9(3): 196-201
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  • Especialista Grado I Neurología, CIREN. ** Especialista Grado II Medicina Interna, CIREN. *** Residente de Neurofisiología, CIREN. **** Especialista Grado II Neurología, CIREN.

Fisiopatología de la enfermedad de Alzheimer

Álvarez Sánchez Mario,* Pedroso Ivonne,* de la Fe Amado,* Padrón Sánchez Arnoldo,** Álvarez Sánchez Marilet,*** Álvarez Lázaro****

RESUMEN La Enfermedad de Alzheimer (EA) es la causa más frecuente de demencia. Sus rasgos histopatológicos característicos son la acumulación extracelular de cuerpos amiloides y la presencia intracelular de ovillos neurofibrilares. En esta revisión analizamos la fisiopatología a diferentes niveles abordando los aspectos anatómicos, moleculares y genéticos, así como su importancia en el desarrollo de los síntomas. Estos conceptos son la base de los nuevos tratamientos que hoy se desarrollan. Palabras clave: enfermedad de Alzheimer, fisiopatología.

Pathophysiology of Alzheimer’s disease

ABSTRACT Alzheimer disease is the most common cause of dementia. Its pathological land marks are the extracelular accumulation of amyloid plaques and the intracellular neurofibrilar tangles. In this paper we review the pathophysiology at anatomical, molecular and genetics levels and analyze the importance for developing symptoms. These concepts are the base for future treatments. Key words: Alzheimer’s disease, pathophysiology.

ARTÍCULO DE REVISIÓN

INTRODUCCIÓN

La EA es la cuarta causa de muerte en países desa- rrollados y la primera causa de demencia, presente entre 40 y 50% de los casos. Es la más frecuente de las neurodegeneraciones. Hoy en el mundo existen más de 24 millones de personas con demencia y se estiman 4. millones de casos nuevos cada año. Con el aumento de la esperanza de vida y el envejecimiento de la población se espera que estas cifras se dupliquen para el año 2040. La presencia de placas seniles (PS) y ovillos neurofibrilares (ONF) constituyen los marcadores bioló- gicos de la EA. Sin embargo, la etiología de las formas esporádicas, los mecanismos de acumulación de las PS y los ONF, la relación entre éstos y su peso en el deterioro cognitivo permanecen en estudio. En los últimos años se han acumulado nuevos conocimientos que nos propone- mos revisar en este artículo.

ANATOMÍA PATOLÓGICA

La EA se caracteriza a simple vista por una afecta- ción cortical con respeto de estructuras subcorticales. Se observa una disminución de la transparencia y fibrosis de las leptomeninges, con grandes lagunas subaracnoideas por los espacios dejados entre los surcos cerebrales. Al retirar las meninges se muestra un cerebro pálido con dis- minución del peso (aproximadamente 800 g contra 1,

a 1,700 g en el adulto normal) con atrofia global, bilateral y simétrica de ambos hemisferios, con circunvoluciones atrofiadas y surcos aumentados que en ocasiones dejan ver la profundidad de los valles, con mayor afectación fronto temporo parietal (áreas de asociación) y con res- peto relativo de áreas sensoriomotoras primarias y lóbulo paracentral. La región más comprometida es la cara mesial del lóbulo temporal que muestra signos de esclero- sis. Se observa un aumento del volumen de los ventrículos. Aunque no definen la enfermedad, usualmente exis- ten cambios en la sustancia blanca subcortical tanto en forma de leucoaraiosis como de pequeños infartos.

MICROSCÓPICO

Corroboran los hallazgos antes descritos. Se obser- van además cambios subcorticales de importancia tales como la despoblación neuronal del núcleo basal de Meynert, los núcleos del rafe, el núcleo ceruleus y lesio- nes en sustancia blanca. Las dos lesiones típicas que definen la EA son.

Placas seniles (PS)

Se observan en el intersticio, entre neuronas. Miden entre 20 y 100 micras y están constituidas por un núcleo o core cuyo principal componente es el beta amiloide (BA). Este núcleo se encuentra rodeado por neuritas degenera- das, microglias activadas y astrocitos que le dan un as- pecto de nido. Otras sustancias que conforman las PS son la alfa sinucleína (principal componente no amiloide), alfa 1 antiquimotripsina, alfa 2 macroglobulina, la apolipoproteína E, ubiquitina y las presenilinas. También

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neuorodegeneración y muerte neuronal principalmente por mecanismos apoptóticos, quedando luego sólo el citoesqueleto (nódulos sepulcrales o fantasma). El desarrollo de nuevas técnicas de tinción permite visualizar las proteínas Tau fosforiladas cuando aún son solubles, en estados cada vez más tempranos llamados pre-fibrilares, que son la base de la clasificación según los estados evolutivos de Braak, lo que ha sugerido cambios en los criterios diagnósticos patológicos.^3 Las PS y los ONF no tienen exactamente la misma distribución ni correlacionan igual con la clínica. Ambas lesiones se encuentran bien distribuidas en regiones fronto temporales y respetan las áreas sensoriomotoras prima- rias; sin embargo, las PS también se encuentran en el neocortex occipital donde se hallan muy pocos ONF. Al contrario, los ONF tienen su máxima concentración en cortex límbico donde se observan pocas PS:

  1. Las PS son relativamente poco frecuentes en estruc- turas límbicas y más visibles en neocortex. Correlacionan mejor con la pérdida sináptica que pre- cede al depósito amiloide y ONF. Por lo tanto, se deduce que la pérdida sináptica es primaria y no se- cundaria a la despoblación neuronal. El BA es neurotrófico en bajas concentraciones y neurotóxico en altas.
  2. Los ONF correlacionan mejor con la despoblación neuronal, el patrón de atrofia y el déficit cognitivo. Se distribuyen por regiones muy características: Alocortex (entorrinal y perirrinal), región CA1 del hipocampo y amígdala. También se encuentran en el núcleo basal de Meynert, Isocortex temporal (áreas 20 y 21 de Brodmann) y el resto de las estructuras hipocámpicas (CA3, CA4, giro dentado y presubículo). Se encuen- tran cada vez con menos frecuencia en estructuras no límbicas (Neocortex).

Otros hallazgos menos específicos son:

  • Degeneración granulovacuolar: Presencia de vacuolas intra neuronales de 3 a 5 micrones que pueden aso- ciarse o no a los ONF. Se encuentra mayormente en el hipocampo.
  • Despoblación neuronal: Asociada a los ONF.
  • Inclusiones y pigmentos: Lipofucina, cuerpos de Hirano (actina) y Cuerpos de Lewy (alfa sinucleína).
  • Angiopatía congófila: Depósito de sustancia amiloide alrededor de vasos cerebrales medianos (por fuera de la capa elástica) y leptomeninges.
  • Otros: Satelitosis, neruronofagia y fragmentación son etapas de la muerte neuronal mediada por glías. De- pósito de metales en especial el aluminio.

distinguen neuronas con degeneración neurofibrilar alre- dedor pero no en contacto con las placas. Por su aspecto se clasifican en:

  1. Difusas. Formadas por una delicada red de finas fibrillas de filamentos de amiloide, sin neuritas dege- neradas. Su centro y sus límites no están bien defini- dos.
  2. Primitivas. Son las más frecuentes. Se caracterizan por depósitos extracelulares desordenados de Aβ no fibrilar o escasamente fibrilar. No presentan centro de- finido pero sus límites son más precisos.
  3. Clásicas. También llamadas placas neuríticas, presen- tan un centro amiloide y una corona en la periferia compuesta por astrocitos reactivos, microglía y neuritas distróficas que corresponden a dendritas y axones de- generados.
  4. Quemadas. Sólo presentan un centro condensado de amiloide. No tiene componentes celulares.

Estas formas representan los diferentes estados evo- lutivos de las placas, que comienzan con la acumulación difusa de amiloide, luego éste se organiza y define, aso- ciándose la respuesta inmunológica y finalmente desapa- recen los elementos celulares. Las PS se encuentran en los cerebros de personas sin déficit cognitivos, pero en menor proporción (Tabla 1).^1 Concentraciones mayores son criterios para el diag- nóstico patológico de EA. Sin embargo, estudios recien- tes con Tomografía por Emisión de Positrones usando PIB para el seguimiento de la acumulación de PS en vivo demuestran que el aumento en su número ocurre sólo en los primeros años de evolución. Luego existe una estabilización a pesar de que el deterioro cognitivo continúa.^2

Ovillos Neuro fibrilares (ONF)

Las neuronas presentan acumulación de inclusiones en forma de llama alargada y a veces forman una cesta alrededor del núcleo. Son basófilos a la tinción hematoxilina y eosina (HE) y tiñen fuertemente con tinciones de plata. Sucesivamente las inclusiones llenan el citoplasma, parti- cularmente en el soma y la dendrita apical facilitando la

Tabla 1. Cantidad de PS por mm^2 con aumento del 200x. Edad (años) Menores de 50 menos de 5 Entre 50 y 65 hasta 8 Entre 65 y 75 hasta 10 Más de 75 hasta 15

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Figura 3. Las proteínas tau forman parte de las proteínas asocia- das a microtúbulos. La hiperfosforilación de estas proteínas produ- ce una desorganización del citoesqueleto comprometiendo funcio- nes como el mantenimiento de la estructura y el transporte intracelular. Las proteínas tau hiperfosforiladas forman hélices pa- readas de difícil degradación. Finalmente esto lleva a la muerte y despoblación neuronal.

ratones K.O que producen acumulación BA con todas las características de estas lesiones sin degeneración neurofibrilar. Dichos ratones presentan un déficit cognitivo superponible a la EA humana. Por otro lado, la demostración de la proteína Tau como base de degeneraciones que cursan con demencia (ALS + Alzheimer + Parkinson asociados al cromosoma 17, PSP y demencia de Pick) en ausencia de PS, apo- yan la segunda teoría.9, Algunos investigadores sugieren que ambas lesiones son sólo cicatrices de un evento primario aún no des- crito. La posible relación entre las PS y los ONF se postula en el daño que ocasionan los fragmentos BA insolu- bles en su paso intracelular. Se cree que la respuesta inflamatoria secundaria pudiera dañar el metabolismo de la proteína Tau. Dicha relación no está completamente probada y en contra de su existencia están la presencia de unas le- siones sin las otras (en diferentes patologías), así como la diferente distribución de las lesiones en un mismo cerebro. Otros cambios que pudieran tener algún peso en la pérdida neuronal son los del metabolismo del Ca (cas- cada enzimática), el desequilibrio de los radicales li- bres, la toxicidad de algunos elementos como el alumi- nio. Los factores vasculares11-14^ están recibiendo mayor atención debido al efecto regulador de los núcleos colinérgicos sobre el flujo vascular regional.^13 Otros

algunos hechos que sugieren que lo primario es la acu- mulación BA. Por ejemplo, la acumulación BA prece- de a la presencia de ONF. También se han logrado

– COLOR –

Figura 2. Representa- ción esquemática de un hemisferio de un sujeto normal (izquierda) y un hemisferio de una perso- na afectada por EA (de- recha). En escala de co- lores se representan los estados de ONF de Braak. Los primeros es- tados son entorrinales (I y II) con síntomas au- sentes o leves. Los es- tados III y IV son llama- dos límbicos y se acompañan de déficit mnésico (influye la re- serva intelectual) y cam- bios sutiles de la perso- nalidad. En los estados corticales (V y VI) continúa el deterioro sumando regiones neocorticales con un patrón inverso a la mielinización, afectando primeramente las áreas de asociación y finalmente las áreas primarias. En la región superior se observan los estados según el número de placas seniles.

V I

II

III II IV

III

IV

IV

IV

V (^) V

VI IV

Estadios Leve Moderado Severo Placa amiloide

I II III IV V VI

Estadios de Braak

Ovillo neurofibrilar

– COLOR –

NORMAL AFECTADO

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factores citados en la hipótesis neurovascular son la senescencia del árbol vascular, la angiogénesis abe- rrante y el fallo del aclaramiento de BA a través de la barrera hematoencefálica.^14 Sin embargo, un estudio sugiere que la intensidad de hallazgos vasculares es inversamente proporcional a la presencia de estadios de Braak en la EA.^15

GENÉTICA

La EA es una entidad heterogénea, que se presenta de forma familiar o esporádica. Las formas familiares son relativamente infrecuentes, menos de 1% y tiene un pa- trón autosómico dominante (AD). En las formas esporá- dicas existen antecedentes de demencia en más de 80% por lo que se sugiere un fuerte componente genético como factor de riesgo. Los hallazgos genéticos comenzaron con el descubri- miento de la proteína precursora amiloide (APP) en el cerebro de portadores de Síndrome de Down con dete- rioro cognitivo.^16 Éste se encontraba en el cromosoma 21 y tenía un patrón de herencia AD con inicio temprano. El gen de APP codifica por armazón alternativa. La forma más grande es un polipéptido de 770 aminoácidos. El empalme alternativo del exón 7 (que codifica el dominio Kurnitz) y del exón 8 (que codifica el antígeno ox-2) re- sulta en un polipéptido de 695 aminoácidos (predomina) o en otro de 751. Le seguirían los descubrimientos de los genes de las presenilinas 1 (cromosoma 14) y 2 (cromosoma 1), am- bas con patrón AD. 17, La presencia del gen de la apolipoproteína épsilon (APOE; cromosoma 19) como factor de riesgo para la EA de inicio tardío está demostrado. 19 Este gen tiene varios alelos: el 2, el 3 y el 4. Tanto en sujetos normales como en EA el menos frecuente es el 2 y el más co- mún el 3; sin embargo, en sujetos con EA se observa el alelo E4 con una frecuencia casi igual al 3. 20 El gen APOE 4 se puede presentar tanto de forma heterocigótica (inicio de la enfermedad entre 5 y 10 años antes) como homocigoto (inicio de la enfermedad

entre 10 y 20 años antes). La APOE se produce pre- dominantemente en los astrocitos y se introduce en la neurona a través de los receptores LDL, una vez den- tro se une a los ovillos neurofibrilares. 10 Este receptor es la vía común de la A2M, APOE4 y la LDL. El ante- cedente de familiar con EA aumenta el riesgo de 2 a 7 veces (Tabla 2). La presencia de mutaciones de la A2M está siendo es- tudiada como posible factor de riesgo para la EA de inicio tardío pues se encuentra en 30% de estos pacientes.

FISIOPATOLOGÍA

Actualmente existen dos teorías que tratan de expli- car los déficit cognitivos de la EA: Teoría de desconexión cortical y Teoría colinérgica.

Teoría de desconexión cortical

La degeneración neurofibrilar en la corteza entorrinal, portal cortical del hipocampo (HC), se distribuyen en las cortezas II (que junto a la capa III forman la vía perforante hacia el HC) y IV (que recibe la eferencia desde el HC) de manera que el HC queda aislado de la neocorteza. Esto se une al déficit de glutamato y otros neuropéptidos (neuropéptido Y, oxitocina, vasopresina y somatostatina) en las cortezas de asociación (desconexión córtico-cortical) que correlaciona con la afasia, la apraxia y la agnosia, así como con los trastornos visuoespaciales y ejecutivos.

Teoría colinérgica

En estados avanzados se observa una disminución de más de 90% de la actividad de la acetilcolinesterasa lo que identifica un compromiso dramático del sistema colinérgico en esta enfermedad. Esto ocasiona el deterio- ro mnésico inicial y progresivo. La degeneración selectiva del núcleo basal de Meynert (principal eferencia colinérgica hacia neocortex) y de los núcleos septal y de la banda diagonal de broca (eferencia colinérgica subcortical, en especial hacia el HC) provo-

Tabla 2 Genotipo en la enfermedad de Alzheimer Edad de inicio Cromosoma Herencia Producto Frecuencia (%) Temprano 28-50 años 14 AD Presenilina 1 < 1 40-50 años 1 AD Presenilina 2 1 45-65 años 21 AD APP < 1 Tardío Tarde o nunca 19 AR APOE 4 > 65