Atlas de histología vegetal y animal

Los queratinocitos son los principales componentes celulares de la epidermis. Liberan muy poca matriz extracelular, por lo que la membrana plasmática de los queratinocitos contiguos está muy próxima. La cohesión de los queratinocitos se ve reforzada por numerosos desmosomas que mantienen la integridad de la epidermis. Las queratinas, un tipo de filamento intermedio del citoesqueleto, forman la principal familia de proteínas sintetizadas por los queratinocitos. Los queratinocitos pasan por un ciclo vital característico que comienza en la capa basal de la epidermis y termina en la superficie más superficial o libre de la epidermis.

Morfología y diferenciación

La morfología de los queratinocitos cambia durante el ciclo vital, que dura aproximadamente 1 mes en los humanos. Los cambios son progresivos desde la capa basal, donde nacen los queratinocitos, hasta la capa superficial, donde mueren y se desprenden de la epidermis. Las diferencias morfológicas de los queratinocitos producen las características de las capas epidérmicas. Las capas o estratos (stratum en singular) son el stratum basale, el stratum spinosum, el stratum granulosum y el stratum corneum. El grosor de las capas puede variar en función de la región del cuerpo (Figura 1). Así, el grosor de la epidermis, es decir, el grosor de los estratos, puede oscilar entre 50 µm en regiones corporales con poca tensión mecánica y 1 mm en aquellas regiones como las palmas de las manos y las plantas de los pies, donde la fricción es mayor.

Estrato basal

El estrato basal o capa basal (Figuras 2 y 4) es una capa celular de un solo grosor formada principalmente por queratinocitos que se encuentran en la parte más profunda de la epidermis. Estas células están unidas a la lámina basal a través de hemidesmosomas. Esta conexión ayuda a mantener la integridad del epitelio y controla la proliferación y diferenciación de los queratinocitos.

Las células madre de los queratinocitos se encuentran en el estrato basal. Tienen una forma entre redondeada y columnar, un tamaño de entre 6 y 10 µm, y muestran más afinidad por los colorantes básicos que los queratinocitos diferenciados debido a su alto contenido en ribosomas. Las células madre de la epidermis interfolicular se diferencian en queratinocitos, pero no en otros tipos de células epidérmicas. También hay células madre de queratinocitos en los folículos pilosos que se diferencian en células del folículo piloso (queratinocitos y glándulas sebáceas) y en queratinocitos de la epidermis interfolicular.

Las tasas de proliferación y diferenciación de las células madre de queratinocitos y la tasa de recambio de queratinocitos maduros tienen que ser similares en el epitelio. La tasa de reemplazo depende de circunstancias como la reparación de la herida, el roce o el crecimiento del órgano. El contacto de las células madre con la lámina basal parece ser importante para regular esta tasa de proliferación. Por ejemplo, cuando las integrinas, proteínas de adhesión que unen los queratinocitos a la lámina basal, pierden el contacto con la lámina basal, las células madre comienzan a diferenciarse y a migrar a las capas superiores de la epidermis.

Los queratinocitos del estrato basal sintetizan parte de la lámina basal. Las integrinas que unen los queratinocitos a la lámina basal también participan en el mantenimiento de la integridad de la lámina basal.

Estrato espinoso

El estrato espinoso se encuentra justo encima del estrato basal (Figuras 2 y 4). Está formado por queratinocitos más o menos poliédricos de unos 10 a 15 µm de tamaño, más grandes que los del estrato basal, con un citoplasma más eosinófilo y uno o dos núcleos claramente visibles. En el citoplasma hay muchos haces de queratina, conocidos como tonofilamentos, que se unen para formar tonofibrillas. Las tonofibrillas pueden observarse al microscopio óptico y contribuyen a la tinción citoplasmática con eosina. En este estrato, los queratinocitos se denominan queratinocitos espinosos porque comparten muchos desmosomas (Figura 3) y uniones adherentes. Estas uniones célula-célula están distribuidas radialmente en la membrana plasmática y están conectadas por tonofibrillas. En la microscopía de luz, las uniones celulares parecen espinas, de ahí el nombre de esta capa.

Los queratinocitos expresan las queratinas de filamento intermedio en el citoplasma. El tipo de queratina expresada cambia a medida que los queratinocitos se desplazan hacia la superficie superior del epitelio. En la parte más superficial del estrato espinoso, los queratinocitos adquieren una forma más aplanada, probablemente inducida por el cambio progresivo del tipo de queratinas sintetizadas.

El estrato espinoso es más grueso en aquellas regiones de la piel expuestas a roces o estiramientos mecánicos. La fuerte adhesión célula-célula en este estrato ayuda a conseguir una epidermis más resistente.

Estrato granuloso

En las capas externas del estrato granuloso, los queratinocitos cambian la expresión génica y producen gránulos de queratohialina (Figuras 2 y 4). El estrato granuloso es relativamente delgado, unos 15 µm, y los queratinocitos están aplanados y muestran muchos gránulos de queratohialina en el citoplasma. Estos gránulos son poligonales, no delimitados por la membrana, y muy basófilos. Crecen progresivamente, hacen más fuerte la barrera epidérmica y son el punto de partida para la cornificación o queratinización de las capas superiores epidérmicas.

En el estrato granuloso se observan cuerpos laminares. Estas estructuras celulares no están presentes en el estrato basal, y comienzan a ser visibles en el estrato espinoso. Son muy abundantes en el estrato granuloso. Los cuerpos lamelares son orgánulos, de entre 100 y 300 nm de tamaño, formados por pilas de capas lipídicas, por lo que muestran una estructura laminar. Su función se realiza en el estrato córneo y está relacionada con el proceso de desprendimiento celular en este estrato y con la impermeabilidad de la epidermis. Los cuerpos lamelares se exocitan y sus componentes se modifican extracelularmente para formar capas lipídicas paralelas a la superficie de la piel.

El núcleo y los orgánulos de las células del estrato granuloso están degradados, mientras que el citoplasma está casi lleno de filamentos de queratina. La permeabilidad al calcio y a otros iones aumenta durante las últimas etapas de la diferenciación celular. Los iones potencian la activación de las transglutaminasas y conducen a la formación de una estructura proteica bajo la membrana plasmática conocida como envoltura celular. Esta estructura crece en grosor a medida que los queratinocitos degeneran y es importante para organizar los filamentos de queratina paralelos a la superficie epitelial y para combinar estos filamentos con los cuerpos lamelares extracelulares.

Las uniones estrechas que se forman entre los queratinocitos del estrato granuloso forman una barrera sellada que sólo puede ser atravesada por pequeñas moléculas e iones. Los queratinocitos mueren por un proceso conocido como cornificación, y se convierten en una célula anuclear cornificada. La cornificación es un mecanismo diferente de la apoptosis. Antes de morir, los queratinocitos sintetizan proteínas y lípidos que contribuyen a la formación de la barrera superficial de la epidermis.

El estrato lúcido es una capa de queratinocitos situada entre el estrato granuloso y el estrato córneo. Se encuentra las regiones de la piel con fuerte estrés mecánico, como las plantas.

Estado córneo

El estrato córneo está formado por queratinocitos degenerados, los llamados corneocitos (Figura 5). Los corneocitos están conectados por desmosomas (corneosomas) entre sí e incrustados en una matriz extracelular enriquecida en lípidos no polares organizada en capas. Durante las últimas etapas, los corneocitos pierden su núcleo, se llenan de queratinas y se rodean de una capa de proteínas, así como de una cubierta de lípidos unidos químicamente.

El grosor del estrato córneo es variable y depende del grosor general de la epidermis. Así, cuanto más queratinocitos se producen en el estrato basal, más grosor se observa en el estrato espinoso y córneo. La muerte de células en el estrato granuloso conduce a la pérdida de desmosomas a lo largo del estrato córneo, lo que hace que las uniones célula-célula sean más débiles y, por tanto, las células y los fragmentos celulares se desprendan de la epidermis. La filagrina y la queratina representan entre el 80 y el 90 % de las proteínas del estrato córneo.

Esta capa protege de la desecación, los patógenos y los daños químicos y físicos. El procesamiento de los lípidos de los cuerpos laminares es importante para la epidermis. Por ejemplo, el glicerol se forma a partir de los cuerpos laminares y ayuda a la epidermis a mantener la hidratación. Los lípidos libres de la superficie contribuyen a mantener la epidermis un poco ácida, con un pH de alrededor de 5 en los humanos. Además, el sulfato de colesterol se transforma en colesterol, que participa en el desprendimiento de las capas más superficiales del estrato córneo. Los lípidos liberados se organizan en varias láminas que hacen posible la impermeabilidad de la epidermis.

Funciones

Los queratinocitos forman la epidermis de la piel y su función principal es organizar una barrera entre el medio externo y el interno. Protegen contra los daños mecánicos, la luz ultravioleta, los agentes patógenos y las sustancias químicas nocivas. Es muy importante el papel de la epidermis para evitar la pérdida de agua. Además, los queratinocitos son muy activos durante la reparación después de una herida.

Barrera contra la pérdida de agua

La prevención de la pérdida de agua se basa principalmente en el estrato córneo. Es como una pared con roturas y argamasa, donde las roturas son las células y la argamasa son los agregados lipídicos extracelulares.

Barrera contra los patógenos

La epidermis es el primer obstáculo físico que los patógenos deben superar para entrar en el organismo. Además, los queratinocitos liberan citoquinas que inhiben y neutralizan a los patógenos. Tras una herida o un daño, los queratinocitos estimulan la inflamación y la activación de las células de Lagerhans, que son las células presentadoras de antígenos de la epidermis.

Pigmentación de la piel

La pigmentación de la piel tiene como objetivo protegerla de la luz ultravioleta. En los mamíferos, la melanina es el pigmento que oscurece la piel. La melanina es sintetizada por los melanocitos, un tipo celular muy escaso que se encuentra disperso en el estrato basal de la epidermis y en los folículos pilosos. La melanina se empaqueta en orgánulos del citoplasma llamados melanosomas. La producción y la liberación de melanosomas están influidas por las variables ambientales, así como por las sustancias paracrinas liberadas por los queratinocitos. Antes de ser liberados, los melanosomas se distribuyen a través del citoplasma de los melonocitos y de los procesos celulares que se extienden entre los queratinocitos circundantes. El color final de la piel depende de la producción de melanosomas y de su distribución por la epidermis. Tras una elevada síntesis de melanina, los melanosomas son exocitados de los melanocitos y captados por los queratinocitos vecinos. Se calcula que cada melanocito proporciona melanina a unos 45 queratinocitos. Una vez que los melanosomas se han incorporado a los queratinocitos del estrato basal, se trasladan a los estratos superiores de la epidermis a medida que los queratinocitos cargados abandonan el estrato basal y se diferencian para formar los estratos superiores. De este modo, todos los estratos de la epidermis tienen melanina, incluso el estrato córneo. En conjunto, el color de la piel depende de la cantidad de melanina que contienen los melanocitos y los queratinocitos.

Reparación de heridas

Después de una herida, los queratinocitos pasan de un estado estable a otro en el que comienzan a moverse. La desconexión de la membrana basal mediada por la pérdida de desmosomas y el cambio en la expresión de las integrinas permiten la motilidad de los queratinocitos, así como la respuesta a las citoquinas liberadas por otras células. De este modo, los queratinocitos pueden desplazarse y sellar las zonas dañadas.

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