La palinología, herramienta en la investigación esporo-polínico y polinosis

Palabras clave: material polinífero, alergias, palinología, polinosis y alergénico.

Introducción

Es común encontrar diferentes estructuras orgánicas aerovagantes en la atmosfera denominadas como bioaerosoles, según Sánchez, et al. (2006), Los bioaerosoles son partículas de tamaño microscópico suspendidas en el aire, bien de origen biológico o que puedan afectar a los seres humanos causándoles algún tipo de alergia, toxicidad o infección. Las cuales pueden ser causantes de diversas alergias; expresadas en diferentes cuadros por el individuo afectado por el tipo de material con antecedentes alergénicos. Los bioaerosoles pueden estar constituidos por virus, bacterias, esporas, polen y en general cualquier resto de microorganismos con un diámetro aerodinámico comprendido entre 0.5 y 100 µm (Cox y Wathes, 1995).

Radica la importancia de la identificación de este tipo de elementos en la clasificación del material objeto de estudio; en este caso puntual, se desarrollaran las temáticas en el polen aerovagante el cual tiene antecedentes como alérgeno causante de rinoconjuntivitis, dermatitis y en ocasiones alergias respiratorias mayores como asma (Bousquet , Khaltaev et al 2008).

Debido a ello, se hace necesario los estudios de la aeropalinología como estrategia en la investigación ambiental (Higuera-Díaz, 1975), y de los principales alérgenos, los cuales son transportados por el viento en diferentes direcciones; con ello se detalla su ecología vegetal, rango de dispersión, características del grano de polen, tamaño, cantidad encontrada y relación con sus principales agentes polinizadores. Todo ello responde a la necesidad de conocer la estructura polinífero y generar medidas de salud y seguridad para evitar los cuadros de alergias los cuales se ven relacionados con la polinosis.

El presente documento tiene como objetivo una revisión literaria científica apoyado con textos y artículos indexados; los cuales presentan respaldo y claridad en el abordaje temático específico de la ciencia en el campo básico y experimental de la palinología.

Importancia de la palinología y sus aportes

De acuerdo con Hyde (1944), describió la palinología como la investigación del polen y esporas de las plantas y sus aplicaciones y dispersión. En su inicio la palinología fue considerada como rama auxiliar de la geología, pero poco a poco se ha desarrollado como ciencia con identidad propia (Fonnegra, 2005 ). Debido a la diversidad de formas, tipos de aberturas, y riqueza de caracteres estructurales de la exina del material esporopolinífero; la Palinología es una ciencia que presenta variedad de correlación con otras disciplinas científicas, las cuales sirve de apoyo o recibir ayuda de ellas. Son numerosos los investigadores interesados (biólogos, alergólogos, geólogos, agrónomos, forestales, químicos, médicos, arqueólogos, paleontólogos, etc.) ya que arrojan resultados taxonómicos, filogenéticos y evolutivos de las plantas y su relación ecológica con el medio.

En otro orden de cosas, también debemos saber que actualmente la ciencia de la Palinología cubre un amplio abanico de especialidades. Así, aparte de la reconstrucción paleoecológica, la paleopalinología cubre necesidades geológicas, en el sentido de que una parte de la caracterización y correlación de estratos geológicos está definida por su composición en microfósiles palinológicos. Una de estas aplicaciones se desarrolla en las perforaciones petrolíferas actuales (Burjachs 2006).

El rápido desarrollo de la palinología ha mostrado su aplicación en diferentes varias áreas del conocimiento, lo que ha llevado a subdividirlas en varias ramas entre las cuales podemos citar:

• Palinotaxonomía: estudio de la taxonomía vegetal con base en la morfología polínica (Fonnegra, 2006). Sin embargo, los taxónomos raramente se preocupan por tener en cuenta los granos de polen al hacer revisiones de grupos vegetales y cuando lo hacen son descripciones superficiales (Faegri, 1956).

• Aeropalinología: Tradicionalmente, los estudios aerobiológico destinados a una aplicación clínica se proponen catalogar la diversidad de pólenes y/o esporas de hongos alergénicos y cuantificar cada uno de los taxones reconocidos (Belmote & Noure, 2005). Y en el ámbito agrícola aeropalinología está desarrollando como una herramienta de gran valor en el ámbito de las previsiones de cosechas (Minero & Candau, 1995).

Según, Cour & Van Campo (1980) se han establecido relaciones entre análisis polínicos atmosféricos y producción en viñedos, olivar, viñedos y frutales; dando como resultado gracias a la carga polínica una predicción en las cosechas de interés comercial.

• Farmacopalinología: uso de granos de polen y esporas como medicamentos y generación de vacunas (Fonnegra, 2005)

• Melitopalinología: es el estudio del origen floral de los productos apícolas es una de las más interesantes aplicaciones de la Melitopalinología y aporta importantes datos sobre el comportamiento ecológico y biológico de las abejas (Bolchi & Salvi, 1986; Louveaux,1968; Ricciardelli, 1983).

• Criminopalinología o Palinología forense: según Erdtman (1969) explica un caso en que el análisis palinológico del barro adherido al zapato de un presunto asesino, demostraba que había estado en el escenario del crimen. Y, en cuanto a la medicina forense se ha utilizado para saber en qué estación del año se produjeron los enterramientos en una fosa común (Szibor, et al., 1998).

• Copropalinología: estudio de los granos de polen y esporas contenidas en las heces humanas y animales(Fonnegra, 2005). La Copropalinología representa una alternativa al análisis polínico convencional para la reconstrucción de la vegetación, particularmente en zonas áridas donde no hay trampas de polen como turberas o lagos (Scott 2000).

• Arqueopalinología: es la reconstrucción histórica y explicación lo más exacta posible, de los mecanismos y direcciones seguidas por los cambios culturales. Ya que según lo menciona Saéz, et al (2003), los yacimientos arqueológicos son un fragmento del pasado que ha sobrevivido hasta nuestros días. Contienen no sólo material arqueológico, sino también restos orgánicos del pasado. El efecto del hombre en el desarrollo de la vegetación se ha visto como un factor importante en la interpretación de los datos polínicos.

• Paleopalinología: de acuerdo con Fonnegra (2005) esta área estudia lo relacionado con las estructuras de polen y esporas fósil, su origen y dispersión. La capacidad que tienen los pólenes y esporas de conservarse a lo largo del tiempo (debido a su gran resistencia) nos permite estudiar la evolución del paisaje vegetal a lo largo de la historia del Planeta, siendo la ciencia que se dedica a estudiar estas estructuras es la Paleopalinología.(Hernández, 2011). El tamaño , grosor, tipo de estructura y tipología de las aperturas permiten identificar cada tipo polínico con su especie, género y familia vegetal. Con estas premisas solo queda aislar el material esporo-polínico del sedimento, hacer el recuento de cada grano de polen y posteriormente observar la evolución de cada taxón a lo largo de las diferentes muestras, pudiendo conocer cómo evolucionan a lo largo del tiempo (BURJACHS, 2006).

RELACIÓN POLEN – POLINOSIS

El conocimiento clínico de la alergia se remonta al año 865 D.C. con las descripciones sobre un padecimiento muy semejante a la sintomatología que provocaba la fiebre del Heno (De Benito, 2003). Polinosis es el término que se implementa para referirse a la reacción alérgica del cuerpo debido al material polinífero (Gran Enciclopedia Catalana, 1978), la íntima relación polen-polinosis fue descrita por Charles H. Blackley en 1873 en su texto Experimental researches on the causes and nature of Catarrhus Aestivus (Blackley, 1873). Donde hace referencia que el polen que se encuentra en estado aerovagante o suspendido en la atmosfera es la causante de la fiebre del heno; Blackley en medio de su inspiración investigativa desarrollo varios procedimientos que probo sobre el mismo el producto de 76 plantas con flor, donde menciona que la severidad de la alergia estaba relacionada con la cantidad de exposiciones y variaciones con el material vegetal (Comtois, 2005).

Aunque en su principio Blackley menciona que el resultado alérgico es producido por polen, varios estudios señalan que algunas reacciones alérgicas son también producidas por esporas de hongos (Belmonte & Roure, 2005; De Antoni et al., 2006).

Según Valero & Picado (2005), la polinosis o fiebre del heno, como se le conoce en Europa, se ha asociado históricamente con manifestaciones clínicas nasales y conjuntivales, qué también se puede manifestar en asma, con variabilidades en el nivel de gravedad de la afección.

Este tipo de resultados abre un espacio favorable hacia la investigación palinología, categorizando las principales estructuras vegetales y fungís con antecedentes alergénicos; dando importantes aportes a la alergología e inmunología como disciplinas médicas encargadas de la estandarización de técnicas en prevención e investigación de enfermedades.

IDENTIFICACIÓN DEL MATERIAL POLINIFERO CON ANTECENDENTES ALERGÉNICOS

De acuerdo con Knox (1975), Un alérgeno es un antígeno que provoca la producción de IgE por parte del sistema inmune, e induce, tras unirse a esta inmunoglobulina, una reacción alérgica. Los alérgenos más comúnmente asociados a enfermedades atópicas son los inhalados (aeroalérgenos) y alimentarios. Los cuales tienen multitud de orígenes y el organismo puede estar expuesto a ello por inhalación, ingestión, contacto cutáneo-mucoso o vía parenteral. Los alérgenos inhalados (aeroalérgenos) pueden ser de exposición perenne como en el caso de los ácaros del polvo, epitelios animales y esporas de hongos o estacionales, como el polen y algunas esporas de hongos (De Benito, 2003). Lo que integra una serie de medidas ambientales en la investigación de los bioaerosoles los cuales se encuentran suspendidos en la atmosfera del lugar específico o zona de estudio; ya que La polinosis se relaciona con la flora alergénica local, la exposición al alérgeno, condiciones ambientales y la predisposición genética a la alergia respiratoria (Gaspar, et al , 2014).

Según Knox & Suphioglu (1996), los alérgenos están compuestos por proteínas, glucoproteínas o lipoproteínas solubles de bajo peso molecular e intracelulares, que se difunden a través de la pared del polen cuando está en contacto con un medio húmedo. Los árboles o hierbas con polinización anemófila (polinización por el viento) desencadenan rinoconjuntivitis y asma principalmente (Garrido-Lestache, 2003).

De acuerdo con Guidos & Almeida (2005) El contenido del polen varía de especie a especie y de las condiciones ambientales de la planta productora, pero en general podemos decir que está formado de: Proteínas (cerca de 20%), entre ellos los ocho aminoácidos indispensables para la vida: isoleucina – leucina – lisina – metionina – fenilalanina – treonina – triptófano – valina. • Además, se encuentran en el polen los ácidos aspártico y glutámico, alanina, arginina, cistina, glicina, histidina, prolina, serina y tirosina. • Glúcidos en formas de diversos azúcares, (la proporción varía entre 35 y 40%). Las cuales son características de especial interés para los alergólogos, ya que las formaciones específicas del grano de polen pueden ser determinantes para la comprensión de enfermedades alérgicas y sus sintomatologías.

Para que un aeroalérgeno como el grano de polen pueda tener repercusión clínica debe contener, por un lado, antígenos específicos que puedan dar lugar a respuestas de hipersensibilidad tipo I, y por otro, existir niveles de exposición ambiental que produzcan esta respuesta en los pacientes sensibilizados. Los métodos de prueba cutánea aceptados actualmente para el diagnóstico de hipersensibilidad inmediata son la prueba de prick y la intradermoreacción (Benito, 2003). Lo que expresa de manera clínica la sensibilizadad del organismo frente a la estructura (polen-espora) con características alergénicas.

Según Benito Valentín (2005), "expresa en su tesis doctoral la cual se cita textualmente (pág 7-8), la importancia en la investigación de los agentes causantes de alergias respiratorias y señala las vías de sensibilización en la producción de la IgM inmunoglobina como reacción del cuerpo frente al alérgeno(cascada de IgM frente al alérgeno); El proceso de sensibilización al alérgeno implica una acción en el sistema inmunológico que dé lugar a que produzca IgE específica para aquel. La regulación de la síntesis de IgE es un proceso crítico para que un organismo se convierta en alérgico ( VERCELLI, 1998). La probabilidad de que se produzca IgE para un alérgeno particular depende de factores genéticos del individuo y otros como la exposición repetida y la cantidad de alergeno. Para producirse IgE han de interactuar las células T CD4 con las células B. Antes de ello, las células T CD4 han de activarse mediante una doble interacción: por una parte, la del receptor de la célula T (TCR) con el antígeno y con la molécula adecuada del complejo mayor de histocompatibilidad en la célula presentadora de antígeno (APC), y, por otra parte, la de la molécula CD28 de las células T con la B7 en la APC.

Cada célula B posee inmunoglobulinas IgM o IgG en la superficie, que tienen una estructura en su porción variable con capacidad de unirse a un único antígeno. Antes de que una célula B se active y secrete la inmunoglobulina debe recibir por una parte la señal de haberse unido la inmunoglobulina de superficie al alergeno y por otra la que proporcionarán las células T CD4, activadas por el proceso descrito anteriormente; las T CD4 liberan entonces citoquinas que ayudan a que la célula B se diferencie en célula plasmática secretora de inmunoglobulinas y que el isotipo de la inmunoglobulina cambie a IgG, IgA o IgE. En cuanto a esta señal de las células T, se definen dos tipos de respuesta: la llamada respuesta de tipo Th2 produce IL-4, IL-5, IL-10, que favorecerán la síntesis de IgE; y la de tipo Th1, que al producir IL-2 e IFN-? favorecerá la producción de IgG. La proporción de citoquinas que producen el cambio (switching) de isotipo a IgE, frente a las otras determina el nivel de síntesis de IgE. Además de esta señal dependiente de citoquinas que debe recibir la célula B, ésta precisa otra señal que es dependiente de CD40 para activar la maquinaria recombinante".

Imagen: la de la molécula CD28 de las células T con la B7 en la APC, representación de las células Th2.

Fuente: Inmunobiología de la respuesta alérgica.

A la izquierda, interacciones de la célula T con la B paracomplejo TCR-CD3 con el alérgeno presentado en la célula B da lugar a la expresión de CD40L. La unión de CD40 en la célula B da lugar a la formación de B7 y las interacciones B7-CD28.

A la derecha, Subclases de linfocitos. En la enfermedad alérgica de las células Th son programadas para transformarse en células de tipo Th2, después de la presentación del antígeno. (Barres, 1998)

Descripción morfológica de 2 tipos de material polinífero con antecedentes alergénicos

Como cualquier célula, los pólenes se caracterizan por su tamaño y su forma. Pero en el caso de los granos de polen, hay otras características que los describen, como son la estructura y la escultura (ornamentación) de su exina y las aperturas que pueden presentar, de las que debe observarse el tipo (poros, colpos, la combinación de ambos o su ausencia), el número y la disposición en la superficie del grano (Trigo, 1996). Lo que genera una característica básica en la descripción de la ornamentación, tamaño y forma particular del material objeto de estudio.

A continuación se describen 2 taxones con antecedentes alergénicos, soportados con fotografías de autofluorescencia; en los cuales de detalla las características de luminiscencia de la exina.

Descripción de las especies:

Taxón: Psidium gujava L. Perteneciente a la familia Myrtaceae.

Árbol de 7-15 metros de alto y de 20-30 cm de diámetro, corteza lisa papelosa caediza, de color marrón, la copa es globosa y aparasolada, hojas simples, opuestas en el tallo, ásperas, nerviación brochidodroma, ápice agudo; flores blancas, con 5 pétalos libres de 1.5 cm de diámetro, cáliz verde persistente, androceo con numerosos estambres libres, de filamento blanco y antera amarilla, ubicadas en las axilas de las hojas. Frutos bayas esféricas. Especie de importancia ecológica y medicinal (Esquivel, 2012).

Psidium gujava L.: grano de polen mónade, isopolar, radiosimétrico, vista polar triangular, tricolpado, pequeño; 10-24mm, ornamentación escábrida, superficie plisada en las proximidades de las aberturas. (Trigo, Jato, Fernández & Galán., 2008)

Imagen: granos de polen de Psidium guajava, tomadas en el Floid Cell imaginig station, LABIOAUT- Universidad del Tolima

Fuente: material polinífero con autofluorescencia, bajo la luz verde-azul y blanca; se detalla la forma vista polar triangular y sus aperturas.

Taxón: Sambucus nigra L. Perteneciente a la familia Caprifoliaceae

Árbol de 4-5 metros de altura con un diámetro de 40-50 cm, corteza lenticilada, copa aparasolada, follare denso de color verde claro, se ramifica desde porte bajo. Hojas compuestas, imparipinnadas, opuestas, con 5-7 foliolos de borde aserrado, flexibles, lanceolados, inflorescencias en corimbos terminales, en forma de sombrilla, integrados por numerosas flores blancas de 5mm de diámetro, corola de 5 pétalos unidos a la base androceo con 5 estambres epipétalos, ovario ínfero, fruto en baya redonda de color verde, en estado de madurez es vinotinto, se encuentran de 5-8 semillas triangulares de color amarillento. . Especie de importancia ecológica y Medicinal. (Esquivel, 2012).

Sambucus nigra L. posee un grano de polen Mónade, isopolar, radiosimétrico, visión polar circular-triangular –Visión polar elíptico, trizonocolporado, pequeño 10-24mm, ornamentación reticulada. . (Trigo, Jato, Fernández & Galán., 2008)

Imagen: granos de polen de Sambucus nigra L , tomadas en el Floid Cell imaginig station, LABIOAUT- Universidad del Tolima.

Fuente: material polinífero con autofluorescencia, bajo la luz verde y azul; se detalla la forma vista polar circular y elíptico sus aperturas trizonocolporado.

Importancia de la aeropalinología como área de estudio

La Aeropalinología es la rama de la Palinología que trata el estudio de las esporas y el polen que flotan en la atmósfera. Está relacionada con la climatología, la agronomía y la geobotánica. El estudio del polen y esporas contenido en el aire nos puede proporcionar datos acerca de la velocidad del viento y su procedencia geográfica (Sáenz-de Rivas, 1978). En la actualidad los estudios de aeropalinología, están en su mayoría a ser destinados a una aplicación Clínica, el cual se dispone a clasificar la diversidad de material polinífero y esporas, cuantificar cada uno de estos, clasificarlos taxonómicamente y reconocer lo que presentan antecedentes alergénicos. De acuerdo con Rocha, Vázquez et al (2013) La polinosis es un fenómeno de tipo alérgico causado por el polen. El conocimiento del vegetal productor de la polinosis es previo e indispensable a toda acción. Por ello, la Aeropalinología está muy estrechamente relacionada con la medicina.

La aeropalinología Se puede considerar a su vez como una parte de la Aerobiología, término acuñado por Meier en los años 30, y que fue plenamente adoptado para referirse a la disciplina que se ocupa del estudio de los organismos vivos aerotransportados, su diversidad, modos de vida, dependencia y, al mismo tiempo, repercusión en el entorno. Se ha definido la Aerobiología como la ecología de la atmósfera (Belmonte & Roure, 2002). Debido a esto se hace necesario conocerla y aplicarla en los campos de las ciencias naturales como fuente de referencia para estudios ecológicos y medio ambientales; ya que por su área de ejecución puede ser un fundamento de peso científico en la interpretación de fenómenos climáticos.

No obstante, la mayoría de los estudios aeropalinológicos y aerobiológico de los últimos 30 años, se basan en la elaboración de modelos de previsión, de periodos iniciales y la importancia de las concentraciones máximas de la polinización. Estos modelos, cuando son establecidos para polen y esporas con características alergénicas son de gran utilidad; pues el objetivo es la prevención de la aparición de las alergias y su tratamiento en el momento preciso(chaparro, 1984).

Característica en la dinámica de dispersión de los granos de polen

Se encuentra relacionada a factores de porte ambiental, tales como la temperatura, velocidad del viento, humedad y su ruta aerobiológica (arranque, dispersión, deposición) (Ariatti & Comtois 1993).

Temperaturas inferiores a 10° suelen inhibir la emisión del grano por la planta.(salomon & burge, 1983), pero a su vez , la temperatura puede ser factor determinate en la concentración del polen en la atmosfera la temperatura unido a escasas precipitaciones, conduce a un incremento de la intensidad de polinización, enriquecimiento del número de taxa diferentes y duración del tiempo de emisión polínica (Lejoly & Gabriel, 1978; Emberlin et al., 1990; Fornaciariet al., 1992)

• Las lluvias tienen la propiedad de "limpiar" los granos de la atmósfera, ya que con la lluvia los granos de polen se hidratan a tal grado que se precipitan al suelo. (Emberlin, 1994).

• Los fuertes vientos pueden suspender nuevamente los granos que estaban depositados. ( Pekonen & Rantio 1994).

* Las mayores concentraciones de polen suelen detectarse por las mañanas, ya que las plantas emiten el polen a primeras horas de la mañana (7-10 horas). Y al atardecer, pues al enfriarse el aire los pólenes tienden a descender de las capas más altas de la atmósfera hacia la superficie. (Sastre, 1995)

Conclusiones

• La polinosis se relaciona con la vegetación alérgena local, la abundancia y exposición del alérgeno, las condiciones y factores que componen al medio y la predisposición genética a las alergias respiratorias.

• La vegetación de polinización anemófila objeto de estudio más importante desde el punto de vista alergológico, pues son aquéllas cuyas estructuras (Polen y esporas), están presentes en el aire con mayor número, de esta manera las plantas con flores llamativas (entomófilas), no suelen ser relevantes; pues su polen es transportado por insectos y es en ocasiones muy pesado para ser dispersado por el aire con tanta facilidad. Según Velázquez, Burry, Mancini & Fugassa (2010), Las plantas que tienen polinización anemófila, es decir aquellas cuyo polen se dispersa por el viento, producen una gran cantidad de granos, generalmente entre 10.000 – 70.000 granos por antera. Estos granos son solitarios y poseen una pared por lo general lisa o con pequeñas esculturas, característica que contribuye a que el polen sea aerodinámico. Lo que genera una discusión sobre la cantidad de vegetación que dispersa su polen al aire; menciona Subiza &Jerez, (1986) Menos del 10% de las especies vegetales que florecen liberan pólenes al aire para que sean transportados por el viento.

• La sintomatología con mayor reiteración se produce en los individuos alérgicos al polen y esporas, son de tipo respiratorio; ya que está es la vía por la cual la persona entra en contacto con dichas estructuras: Conjuntivitis, rinitis, tos, asma, urticaria, hinchazón, etc.

• No existe hasta el momento una alergia general al polen, sino que las alergias presentadas son específicas de cada estructura vegetal, por ejemplo, hay individuos que toleran el polen de las gramíneas, pero son alérgicas al polen del ciprés. Por ello es importante un diagnóstico fundamental para un correcto tratamiento de cuál es el polen o espora responsable del problema del paciente, para poder tratarlo específicamente.

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Autor:

Lic. Daniel Augusto Ramírez Cotes

Universidad del Tolima

Maestría en Ciencias Biológicas

Ibagué-Tolima