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Modelo Conceptual
Descripción
Modelo A1 - Oncología: proliferación celular sin control
El modelo conceptual busca comprender los mecanismos que dan origen a un comportamiento, y describirlos de la forma más simple posible. Para eso, el comportamiento se segmenta en temas (grupos): cada uno identifica los objetos o variables que participan —tanto en su funcionamiento normal como en sus posibles anomalías o desviaciones— y describe, mediante verbos, la forma en que esos objetos interactúan entre sí. El resultado es lo que llamamos una red semántica: la estructura con la que representamos y comunicamos el modelo conceptual, antes de introducir ecuación alguna.
ID:3493
Estructura de los Grupos
Descripción
El primer paso consiste en analizar la descripción general del modelo e identificar los distintos aspectos que intervienen en el fenómeno y que deben ser representados. Cada uno de estos aspectos se organiza como un grupo, entendido como una unidad conceptual coherente que describe una parte específica del funcionamiento del modelo.
Cada grupo reúne los objetos o conceptos relevantes para ese aspecto y las relaciones o verbos que describen cómo interactúan, se modifican o dependen unos de otros. De esta manera, cada grupo constituye una parte de la red semántica del modelo, mientras que el conjunto de los grupos permite representar de forma estructurada su funcionamiento global.
La división en grupos facilita además separar mecanismos, condiciones, procesos y resultados que cumplen funciones diferentes dentro del modelo, manteniendo al mismo tiempo las relaciones que existen entre ellos. Los grupos no son, por tanto, componentes aislados: pueden compartir conceptos y establecer relaciones entre sí, formando conjuntamente una única representación semántica del fenómeno.
La imagen anterior ofrece una visión general de los distintos aspectos en que se ha estructurado el modelo. A continuación se presentan los grupos identificados, indicando para cada uno su título y una breve descripción del aspecto del modelo que representa.
Grupo 1: Grupo 1: Control de proliferación
Balance entre señales que estimulan e inhiben la división celular; su ruptura a favor del crecimiento permite proliferación sin límite.
Grupo 2: Grupo 2: Acumulación mutacional y transformación maligna
Las mutaciones aparecen con probabilidad pequeña por división y se acumulan de manera prácticamente aleatoria hasta afectar genes clave de proliferación y completar la transformación maligna.
Grupo 3: Grupo 3: Crecimiento tumoral y limitación
La población maligna forma un tumor que inicialmente crece de manera exponencial; nutrientes, espacio y respuesta inmune frenan progresivamente el crecimiento hasta aproximarlo a un tamaño máximo.
Grupo 4: Grupo 4: Hipoxia, angiogénesis y adaptación tumoral
El crecimiento aleja células centrales de los vasos, reduce el oxígeno y activa una respuesta molecular que induce vascularización, metabolismo menos dependiente de oxígeno y resistencia a muerte celular.
Grupo 5: Grupo 5: Diseminación y metástasis
Células malignas se desprenden y escapan por vasos sanguíneos y linfáticos; la tasa de diseminación depende de la superficie externa del tumor más que de su volumen.
Grupo 6: Grupo 6: Cinética tumoral y respuesta clínica
El tiempo de duplicación y la fracción de células en división varían entre tumores y condicionan la ventana de cribado y la eficacia de quimioterapias dirigidas a células que se dividen.
ID:1236
Grupo 1: Grupo 1: Control de proliferación
Descripción
Balance entre señales que estimulan e inhiben la división celular; su ruptura a favor del crecimiento permite proliferación sin límite.
Pregunta clave: ¿Cómo se mantiene o se pierde el control de la división celular?
Balance entre señales que estimulan e inhiben la división celular; su ruptura a favor del crecimiento permite proliferación sin límite. El cáncer es la pérdida de los mecanismos de control que normalmente regulan la proliferación de una célula: en una célula sana, el balance entre las señales que estimulan su división y las señales que la inhiben mantiene esa proliferación bajo control, pero cuando ese balance se rompe a favor de las señales de crecimiento, la célula adquiere una capacidad de replicarse que ya no tiene límite. La mayoría de estas mutaciones no tiene ningún efecto relevante sobre el comportamiento de la célula, pero un número reducido de ellas cae dentro de genes clave que gobiernan directamente la proliferación celular, y cuando la célula acumula entre cinco y diez de estas mutaciones clave completa su transformación en una célula maligna capaz de replicarse sin límite. Que una célula pierda por completo el control de su propia proliferación no ocurre de una sola vez, sino que se acumula a lo largo de sucesivas divisiones de esa célula: cada vez que la célula se divide, existe una probabilidad pequeña pero constante de que aparezca una nueva mutación en su material genético, y esas mutaciones se van acumulando división tras división de forma prácticamente aleatoria. De este modo, la misma célula que al perder el control de su propia proliferación da origen al tumor termina siendo, a través de la velocidad con la que ese tumor crece y se disemina, lo que determina cuándo se puede detectar el cáncer y qué tratamiento resulta más eficaz contra él.
ID:4215
Grupo 2: Grupo 2: Acumulación mutacional y transformación maligna
Descripción
Las mutaciones aparecen con probabilidad pequeña por división y se acumulan de manera prácticamente aleatoria hasta afectar genes clave de proliferación y completar la transformación maligna.
Pregunta clave: ¿Cómo se acumulan los cambios que transforman una célula en maligna?
Las mutaciones aparecen con probabilidad pequeña por división y se acumulan de manera prácticamente aleatoria hasta afectar genes clave de proliferación y completar la transformación maligna. La mayoría de estas mutaciones no tiene ningún efecto relevante sobre el comportamiento de la célula, pero un número reducido de ellas cae dentro de genes clave que gobiernan directamente la proliferación celular, y cuando la célula acumula entre cinco y diez de estas mutaciones clave completa su transformación en una célula maligna capaz de replicarse sin límite. Que una célula pierda por completo el control de su propia proliferación no ocurre de una sola vez, sino que se acumula a lo largo de sucesivas divisiones de esa célula: cada vez que la célula se divide, existe una probabilidad pequeña pero constante de que aparezca una nueva mutación en su material genético, y esas mutaciones se van acumulando división tras división de forma prácticamente aleatoria. El cáncer es la pérdida de los mecanismos de control que normalmente regulan la proliferación de una célula: en una célula sana, el balance entre las señales que estimulan su división y las señales que la inhiben mantiene esa proliferación bajo control, pero cuando ese balance se rompe a favor de las señales de crecimiento, la célula adquiere una capacidad de replicarse que ya no tiene límite.
ID:4216
Grupo 3: Grupo 3: Crecimiento tumoral y limitación
Descripción
La población maligna forma un tumor que inicialmente crece de manera exponencial; nutrientes, espacio y respuesta inmune frenan progresivamente el crecimiento hasta aproximarlo a un tamaño máximo.
Pregunta clave: ¿Cómo crece el tumor y qué limita su crecimiento?
La población maligna forma un tumor que inicialmente crece de manera exponencial; nutrientes, espacio y respuesta inmune frenan progresivamente el crecimiento hasta aproximarlo a un tamaño máximo. Pero a medida que el tumor sigue creciendo, empieza a toparse con límites de nutrientes, de espacio físico y de la respuesta del sistema inmune, y su ritmo de crecimiento deja de acelerarse: pasa a crecer de una forma que se aplana progresivamente, cada vez más lentamente en proporción a su propio tamaño, hasta acercarse a un tamaño máximo que ya no supera. Una vez que existe una población de células malignas capaces de replicarse sin límite, el tumor que esas células forman no crece siempre al mismo ritmo. Gracias a esta respuesta, el tumor deja de ser una masa estacionaria limitada por sus propios nutrientes, como ocurre en la fase de crecimiento que se aplana descrita antes, y pasa a ser una lesión agresiva con su propia vascularización que le permite seguir creciendo. La velocidad con la que el tumor disemina células hacia el resto del cuerpo no crece en proporción al volumen total del tumor, sino en proporción a la superficie externa de la masa tumoral, que es la parte en contacto directo con los vasos sanguíneos y linfáticos por los que las células malignas pueden escapar.
ID:4217
Grupo 4: Grupo 4: Hipoxia, angiogénesis y adaptación tumoral
Descripción
El crecimiento aleja células centrales de los vasos, reduce el oxígeno y activa una respuesta molecular que induce vascularización, metabolismo menos dependiente de oxígeno y resistencia a muerte celular.
Pregunta clave: ¿Cómo responde el tumor a la falta de oxígeno y cómo esa respuesta cambia su agresividad y tratamiento?
El crecimiento aleja células centrales de los vasos, reduce el oxígeno y activa una respuesta molecular que induce vascularización, metabolismo menos dependiente de oxígeno y resistencia a muerte celular. Esta hipoxia activa dentro de esas células un factor molecular sensible a la falta de oxígeno, que a su vez pone en marcha varios cambios a la vez: induce la formación de nuevos vasos sanguíneos propios del tumor, hace que las células tumorales pasen a obtener energía principalmente por una vía que no necesita oxígeno aunque siga habiendo algo disponible, y las vuelve más resistentes a morir por el mecanismo normal de muerte celular programada. A medida que el tumor crece más allá de cierto tamaño, las células que quedan en el centro de la masa tumoral quedan cada vez más lejos de los vasos sanguíneos que las nutren, y quedan expuestas a una disponibilidad de oxígeno muy por debajo de lo normal, lo que se conoce como hipoxia intratumoral. La misma hipoxia que desencadena esta transformación también protege al tumor de la radioterapia, porque el oxígeno es precisamente lo que hace más eficaz a la radiación sobre una célula, y las células tumorales con menos oxígeno disponible resisten mejor ese tratamiento. La velocidad con la que el tumor disemina células hacia el resto del cuerpo no crece en proporción al volumen total del tumor, sino en proporción a la superficie externa de la masa tumoral, que es la parte en contacto directo con los vasos sanguíneos y linfáticos por los que las células malignas pueden escapar.
ID:4218
Grupo 5: Grupo 5: Diseminación y metástasis
Descripción
Células malignas se desprenden y escapan por vasos sanguíneos y linfáticos; la tasa de diseminación depende de la superficie externa del tumor más que de su volumen.
Pregunta clave: ¿Cómo depende la diseminación metastásica de la geometría y del acceso vascular del tumor?
Células malignas se desprenden y escapan por vasos sanguíneos y linfáticos; la tasa de diseminación depende de la superficie externa del tumor más que de su volumen. Mientras el tumor sigue creciendo y desarrollando su propia vascularización, algunas de sus células malignas adquieren además la capacidad de desprenderse de la masa tumoral original y diseminarse hacia otros órganos, dando origen a la metástasis. Como la superficie de una masa tumoral crece más lento que su volumen a medida que el tumor se agranda, esta relación explica por qué duplicar el tamaño de un tumor no duplica su riesgo de generar metástasis en la misma proporción; aun así, un tumor grande sigue teniendo una superficie externa mucho mayor que uno pequeño en términos absolutos, y por eso los tumores de mayor tamaño concentran, en conjunto, un riesgo de metástasis considerablemente más alto que los tumores pequeños. La velocidad con la que el tumor disemina células hacia el resto del cuerpo no crece en proporción al volumen total del tumor, sino en proporción a la superficie externa de la masa tumoral, que es la parte en contacto directo con los vasos sanguíneos y linfáticos por los que las células malignas pueden escapar. A medida que el tumor crece más allá de cierto tamaño, las células que quedan en el centro de la masa tumoral quedan cada vez más lejos de los vasos sanguíneos que las nutren, y quedan expuestas a una disponibilidad de oxígeno muy por debajo de lo normal, lo que se conoce como hipoxia intratumoral.
ID:4219
Grupo 6: Grupo 6: Cinética tumoral y respuesta clínica
Descripción
El tiempo de duplicación y la fracción de células en división varían entre tumores y condicionan la ventana de cribado y la eficacia de quimioterapias dirigidas a células que se dividen.
Pregunta clave: ¿Cómo condiciona la velocidad de crecimiento tumoral la detección y la eficacia de la quimioterapia?
El tiempo de duplicación y la fracción de células en división varían entre tumores y condicionan la ventana de cribado y la eficacia de quimioterapias dirigidas a células que se dividen. Esta enorme variación en la velocidad de crecimiento del tumor tiene consecuencias directas en la práctica clínica: determina la ventana de tiempo disponible para detectar un tumor mediante cribado antes de que crezca demasiado, y determina también qué tan eficaces son ciertos fármacos de quimioterapia, que actúan específicamente sobre las células que están en el momento de dividirse y que por lo tanto funcionan mejor en tumores donde una fracción alta de sus células está en división activa en cualquier momento dado. El ritmo al que un tumor duplica su tamaño varía enormemente de un tipo de cáncer a otro: hay tumores, como el linfoma de Burkitt, que duplican su tamaño en apenas un par de días, mientras que otros, como buena parte de los cánceres de mama, tardan entre uno y varios meses en duplicarse, y otros, como buena parte de los cánceres de próstata, pueden tardar cerca de un año o más en hacerlo.
ID:4220