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FUNDAMENTOS DE CITOLOGIA E HISTOLOGIA Fundação Biblioteca Nacional ISBN 978-85-387-6511-0 9 7 8 8 5 3 8 7 6 5 1 1 0 Código Logístico 58764 Hadassa C. A. S. Santos FUNDAMENTOS DE CITOLOGIA E HISTOLOGIA Hadassa C. A. S. Santos Fundamentos de citologia e histologia IESDE BRASIL S/A 2019 Hadassa C. A. S. Santos Todos os direitos reservados. IESDE BRASIL S/A. Al. Dr. Carlos de Carvalho, 1.482. CEP: 80730-200 Batel – Curitiba – PR 0800 708 88 88 – www.iesde.com.br CIP-BRASIL. CATALOGAÇÃO NA PUBLICAÇÃO SINDICATO NACIONAL DOS EDITORES DE LIVROS, RJ S235f Santos, Hadassa C. A. S. Fundamentos de citologia e histologia / Hadassa C. A. S. dos Santos. - 1. ed. - Curitiba [PR] : IESDE Brasil, 2019. 110 p. : il. ; 21 cm. Inclui bibliografia ISBN 978-85-387-6511-0 1. Citologia - Estudo e ensino. 2. Histologia - Estudo e ensino. I. Título. 19-57871 CDD: 611.018 CDU: 611.018 © 2019 – IESDE BRASIL S/A. É proibida a reprodução, mesmo parcial, por qualquer processo, sem autorização por escrito da autora e do detentor dos direitos autorais. Capa: IESDE BRASIL S/A. Imagem da capa: Rost9/Shutterstock Hadassa C. A. S. Santos Doutora em Ciência, com ênfase em Análises Clínicas e Toxicológicas, pela Faculdade de Farmácia da Universidade de São Paulo (FCF-USP). Mestre em Ciências, com ênfase em Análises Clínicas e Toxicológicas, pela Faculdade de Farmácia da Universidade de São Paulo (FCF-USP). Especialista em Microbiologia por meio do Aprimoramento do Hospital Universitário da Universidade de São Paulo (HU-USP). Bacharel em Biomedicina pelo Centro Universitário do Sul de Minas (UNIS-MG). Docente de curso de graduação. Sumário Apresentação 7 1. Principais constituintes da célula 9 1.1 Bases moleculares da constituição celular 9 1.2 Componentes celulares 16 1.3 Tipos celulares 20 1.4 A microscopia como método de estudo 22 2. Divisão de trabalho entre as células e sua diferenciação 27 2.1 Mitose e meiose 27 2.2 Diferenciação celular: células-tronco 34 2.3 Morte celular 36 3. Nutrição e respiração celular 43 3.1 Sistema de englobamento de moléculas para nutrição celular 43 3.2 Trocas gasosas 47 4. Tecido epitelial 53 4.1 Características gerais: morfologia celular e matriz 53 4.2 Funções e localizações 55 5. Tecido conjuntivo 63 5.1 Características gerais do tecido conjuntivo 63 5.2 Tecido conjuntivo frouxo e denso 69 5.3 Tecidos conjuntivos especiais 69 6. Tecido muscular 77 6.1 Tecido muscular: características gerais, tipos e funções 77 6.2 Fisiologia básica da contração muscular 84 7. Tecido nervoso 91 7.1 Características gerais e funções do tecido nervoso 91 7.2 Morfologia do neurônio e transmissão do impulso nervoso 98 Gabarito 105 Apresentação Um ser vivo, seja ele animal ou vegetal, é composto por diferentes células. A ciência que estuda essas pequenas estruturas é denominada citologia. Quando ocorre a junção de várias células, formam-se os tecidos, os quais são objetos de estudo da histologia. Para entendermos as funções e estruturas de um corpo humano, precisamos ter o entendimento dessas pequenas estruturas, pois assim como o intestino se difere do coração, suas células também são distintas, sendo que, muitas das vezes, a função de cada órgão se dá devido à sua composição celular. Além de unidades estruturais, as células são unidades funcionais dos organismos vivos; sem essas estruturas não há metabolismo celular. A funcionalidade do sistema fisiológico humano só pode ser compreendida se forem conhecidos os fundamentos básicos dessas duas ciências: citologia e histologia. Sendo assim, as escolhas para o desenvolvimento deste livro dizem respeito às principais literaturas envolvidas nos ensinos brasileiro e mundial. Essas escolhas propiciam inovações em exemplos, terminologias, aplicações práticas e aprendizados, todos baseados em pesquisas científicas com o objetivo de aumentar a relevância do estudo. Trabalhamos para tornar este livro significativo e memorável, para que você possa extrair dele um conhecimento prático que enriquecerá seus estudos. Desse modo, o livro Fundamentos de citologia e histologia, no seu primeiro capítulo, abrange os principais constituintes da célula: aqueles que somente por meio de microscópios temos a condição de visualizar. No Capítulo 2, será possível entender as diferentes estruturas e morfologias celulares, como elas se dividem e multiplicam-se por meio do processo de diferenciação celular. Dando sequência ao estudo celular, no Capítulo 3, discorremos sobre o processo de respiração e nutrição celular, de que forma nossa nutrição e alimentação podem interferir nas células e como isso influi na nutrição e respiração celular. No Capítulo 4, iniciaremos o estudo em histologia, iniciando com o tecido epitelial. Na sequência, nos Capítulos 5, 6 e 7, trataremos dos tecidos conjuntivo, muscular e nervoso, respectivamente, mostrando em cada um função, importância e diferença nas estruturas celulares. Com todo esse conhecimento você terá capacidade de entender o funcionamento de mais de 1 trilhão de células que há em nosso corpo e verificar sua importância individual e em conjunto. Desejamos a você uma excelente leitura! 1 Principais constituintes da célula A citologia, ou biologia celular, é um dos ramos da ciência que estuda a célula. As células são unidades estruturais e funcionais dos organismos vivos. Em seu interior, possuem estruturas com diferentes funções, que em conjunto, favorecem o metabolismo celular, um mecanismo importante para a manutenção da vida dos seres vivos. Por serem estruturas microscópicas, somente por meio de aparelhos específicos, denominados microscópios, somos capazes de enxergarmos e entendermos suas estruturas e organelas. Vamos “entrar” nesse mundo não visto a olho nu? 1.1 Bases moleculares da constituição celular As moléculas que constituem a célula são denominadas biomoléculas. Assim, na origem e evolução das células, átomos foram selecionados para a constituição dessas estruturas. Mais de 90% da massa das células é formada de hidrogênio, carbono, oxigênio e nitrogênio, o que denominamos de CHON, enquanto, nos seres inanimados do planeta Terra, os quatro elementos mais abundantes são oxigênio, silício, alumínio e sódio. Retirando a água, existe nas células predominância absoluta dos compostos de carbono, extremamente raros em outras estruturas da Terra. Portanto, a primeira célula e as que dela evoluíram selecionaram os compostos de carbono (compostos orgânicos), cujas propriedades químicas são mais adequadas à vida. Portanto, a célula é uma entidade Vídeo 10 Fundamentos de citologia e histologia estrutural funcional fundamental dos seres vivos, assim como o átomo é a unidade fundamental das estruturas químicas. Se, por situações mecânicas ou de outra natureza, destrói-se a organização celular, a função da célula também se altera. Ainda que possam persistir algumas funções vitais, a célula perde seu significado como unidade organizada e morre. Esse acontecimento celular está correlacionado a algumas doenças (CARVALHO; COLLARES-BUZATO, 2005; JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2009). As biomoléculas essenciais na composição das células são divididas em orgânicas e inorgânicas. As orgânicas são constituídas por carboidratos, proteínas, lipídeos e ácidos nucleicos; já os inorgânicos são a água e os sais minerais (sódio, potássio). A diversidade estrutural e funcional dessas moléculas dependem da variedade dos seus monômeros. Exemplo disso é na constituição das proteínas e dos ácidos nucleicos. Na primeira, participam 20 aminoácidos diferentes, enquanto no segundo, são formados por apenas cinco tipos de nucleotídeos. Por isso, as proteínas têm maior polimorfismo e, consequentemente, maior diversidade funcional do que os ácidos nucleicos. A seguir, discutiremos a importância dessas moléculas. • Proteínas: Sabe aquele ovo que você come pela manhã ou à tarde? Gostoso, né?Pois é, esse alimento é rico em proteína. Proteínas são as estruturas químicas mais abundantes na composição celular. Elas possuem diferentes funções, desde a formação estrutural da célula, até a coloração dos cabelos. Elas possuem estruturas enzimáticas, que nada mais são que sua forma de degradar ou acelerar outra estrutura celular. Por exemplo, existe uma enzima em nossa saliva, chamada amilase, que tem a função de degradar o amido. Assim, podemos ver que essa proteína tem ação na degradação do amido, que nada mais é do que um tipo de carboidrato. As proteínas são constituídas por seus monômeros, os aminoácidos. Existem 20 tipos de aminoácidos descritos até então e, quando em conjunto, podem formar diferentes Principais constituintes da célula 11 proteínas. A estrutura das moléculas proteicas é mantida pela seguinte força de estabilização: ligação peptídica, que é resultante de diferentes tipos de ligações químicas. Desse modo, essas estruturas são classificadas em estrutura primária, secundária, terciária e quaternária. Por meio da organização proteica quaternária, formam-se diversas estruturas de grande importância biológica, como as estruturas de citoesqueleto das células, capsômeros e alguns vírus e enzimas (ex.: as digestivas). Figura 1 – Representação das diferentes estruturas proteicas W ik im ed ia C om m on s A junção de diferentes aminoácidos e suas interações químicas formam estruturas indispensáveis para a sobrevivência de diferentes tipos celulares. Vemos nas imagens 1, 2 e 3 as estruturas proteicas secundária, terciária e quaternária, respectivamente. 1 2 3 • Carboidratos: Final de tarde. Você vai até uma padaria e sente aquele cheirinho de pão francês fresquinho. Hum, uma delícia! Pois é, a sua composição principal é o carboidrato. Esse macronutriente é o composto primário de degradação, ou seja, será a primeira estrutura a ser digerida pelas enzimas digestivas. O átomo básico de um carboidrato é o carbono, estrutura química encontrada em todos os seres vivos. 12 Fundamentos de citologia e histologia Além dos carbonos, existem os átomos de hidrogênio e oxigênio, que em junção formam a estrutura básica de um carboidrato. Os carboidratos são conhecidos vulgarmente como açúcares, devido ao seu “sabor” encontrado na maioria dos alimentos. Eles são divididos em monossacarídeos, dissacarídeos e polissacarídeos, e alguns, dentro dessa classificação, não são tão doces assim. Porém, vamos nos atentar ao composto básico dessa estrutura, que é a glicose, pois esta é um monossacarídeo de grande importância na manutenção celular. A junção de monossacarídeos forma os dissacarídeos, e a junção de mais de três monossacarídeos forma os polissacarídeos. Os monossacarídeos conhecidos, além da glicose, são a galactose e a frutose. A interação entre esses açúcares forma os polissacarídeos importantes na nutrição celular. Exemplo disso é o glicogênio (junção de várias moléculas de glicose), que é armazenado em alguns tipos de células do nosso corpo e, na falta de açúcar (glicose) no sangue, é degradado e liberado na corrente sanguínea com a ajuda de alguns hormônios. Veremos mais a seguir. • Lipídeos: óleo, gordura, frituras... tudo é ruim, certo? Errado! As gorduras receberam muita publicidade ruim, isso é verdade. No entanto, gorduras são essenciais ao corpo e têm inúmeras funções essenciais na manutenção celular. Por exemplo, lipídios armazenam energia, fornecem isolamento térmico, compõem as membranas celulares, formam camadas repelentes à água em folhas (células vegetais) e fornecem blocos de construção para hormônios como a testosterona. São demais, não é? Por isso, não veja mais essas estruturas como vilãs. • Ácidos nucleicos: sabe a cor dos seus olhos? Então, quem favorece essa cor a você são os genes presentes em seu material genético. Em nós, humanos, o material genético que codifica os diferentes fenótipos (características da cor da pele, tipo de cabelo, estatura, dentre outros) é o nosso DNA, que está Principais constituintes da célula 13 presente em nossos cromossomos. O DNA é composto por ácidos nucleicos, os quais são constituídos pela polimerização de unidades chamadas nucleotídeos. Cada nucleotídeo contém resíduos de uma molécula de ácido fosfórico, uma de pentose e uma de base púrica ou pirimídica. Figura 2 – Representação da fita simples de RNA e da dupla fita de DNA RNA DNA CitosinaAdenina GuaninaTiminaUracila Sh ad eD es ig n/ Sh ut te rs to ck A fita simples de RNA e a dupla fita de DNA possuem uma molécula de ácido fosfórico, uma de pentose (açúcar) e uma de base púrica ou pirimídica. 14 Fundamentos de citologia e histologia As bases púricas são a adenina e a guanina e são representadas pela letra A e G. As bases pirimídicas são a timina, a citosina e a uracila, sendo esta última presente apenas na fita simples de RNA. Cada uma é representada pelas letras T, C e U, respectivamente. Dessa forma, distinguem-se dois tipos de ácidos nucleicos: o desoxirribonucleico ou DNA e o ribonucleico ou RNA. No DNA, a pentose encontrada é a desoxirribose e suas bases são adenina, guanina, citosina e timina. No RNA, a pentose é a ribose e existe uracila em substituição à timina; as outras bases são comuns aos dois tipos de ácidos nucleicos. Conclui- -se que os ácidos nucleicos são moléculas informacionais que, além de transmitir o patrimônio genético de uma célula para os seus descendentes, também controlam os processos básicos do metabolismo celular, a síntese de macromoléculas e a diferenciação celular. Agora falaremos da água e dos sais minerais. Quando ouve sobre água, o que vem em sua mente? Podemos pensá-la como um composto inorgânico essencial à vida. Sem ela não haveria vida na Terra. Concordam? Pois bem, a água é indispensável para a vida humana, representando cerca de 60% do peso de um adulto. Nos bebês, a proporção é ainda maior, podendo chegar a 80%. A água é o elemento mais importante do corpo, sendo o principal componente das células e um solvente biológico universal; por isso, todas as nossas reações químicas internas dependem dela. As funções da água são inúmeras, dentre elas estão: estrutural e amortecedora, lubrificante, solvente e auxiliar de reações químicas, transporte e circulação sanguínea e termorregulação (AZEVEDO et al., 2016). Principais constituintes da célula 15 Figura 3 – Representação dos diferentes sais minerais essenciais para a manutenção celular ZincoSódioCálcio Magnésio Fósforo Ferro Cálcio (Ca), Magnésio (Mg), Fósforo (P), Ferro (Fe), Zinco (Zn) e Sódio (Na) são alguns minerais essenciais à manutenção celular. São encontrados em diferentes tipos de alimentos e até mesmo na água. De si gn ua /S hu tte rs to ck A água é um composto rico em sais minerais; por isso, é de grande importância a ingestão deste componente, pois ele faz com que nossas células trabalhem harmoniosamente devido à sua função de hidratação, além de fornecer os minerais básicos para a homeostasia (equilíbrio) celular. A falta desses nutrientes pode trazer prejuízo às células, levando o indivíduo a doenças, como, por exemplo, a paralisia muscular (conheceremos nos capítulos à frente) e a desidratação. Sobre a desidratação, podemos lembrar da diarreia, que nos deixa fracos e desanimados. Quando isso acontece, é comum que nos indiquem tomar um isotônico e isso está correto, pois somente a água não tem a capacidade eletrolítica necessária para repor os sais minerais perdidos pela evacuação. Dentre os sais minerais necessários, encontram-se o sódio, o potássio, o cálcio e o ferro, que podemos obter por meio de uma alimentação balanceada e natural. 16 Fundamentos de citologia e histologia 1.2 Componentes celulares A junção de vários átomos forma as moléculas, a junção de várias moléculas forma as organelas, e a junção de várias organelas forma a célula. Dessa forma, as organelas são estruturas básicas na formação celulare nada mais são do que pequenos órgãos com diferentes funções, que estão presentes no citoplasma. Toda célula é composta por uma membrana plasmática e citoplasma, além das organelas. Assim, veremos a importância de cada uma delas na manutenção e estrutura da célula. A membrana plasmática delimita o meio externo com o meio interno celular, para manter constante o meio intracelular (região interior da célula). Essa membrana pode ser tão fina que, em alguns tipos celulares, não são possíveis de serem observadas em microscópio óptico. Essas estruturas são formadas por bicamadas lipídicas, contendo principalmente os fosfolipídios e moléculas proteicas, as quais são responsáveis pela maioria das funções da membrana. A bicamada lipídica externa da membrana plasmática apresenta estruturas denominadas glicocálice, que são junções de diferentes componentes oligossacarídeos, que possuem funções como barreira à difusão, atividade digestiva de carboidratos e de algumas proteínas e até de proteção da membrana contra danos químicos ou mecânicos que possam vir a ocorrer, além de reconhecimento e adesão celular (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2012). Vídeo Principais constituintes da célula 17 Fi gu ra 4 – M od el o es qu em át ic o de u m a cé lu la a ni m al C ito pl as m a N úc le o N uc lé ol o Re tíc ul o en do pl as m át ic o lis o C en tr ío lo C en tro ss om o Li so ss om o M em br an a c elu la r C om pl ex o de G ol gi Ve síc ul a s ec re to ra M ito cô nd ria Ri bo ss om o Re tíc ul o en do pl as m át ic o ru go so Pe ro xi ss om a Bananafish/Shutterstock Es sa c él ul a an im al p os su i m em br an a pl as m át ic a, c ito pl as m a, n úc le o e os d ife re nt es ti po s de o rg an el as . 18 Fundamentos de citologia e histologia A entrada e saída de substância se dá por meio da membrana plasmática. Assim, aquele bife do almoço, degradado pelas enzimas digestivas do estômago, faz com que os aminoácidos entrem e “alimentem” as células. Porém, algumas substâncias, como glicose, galactose e alguns aminoácidos, são grandes em relação aos poros da membrana e não são solúveis em lipídios, o que também impede a sua difusão pela matriz lipídica da membrana. Assim, existem poros proteicos que auxiliam essa entrada e saída, sendo divididas em bombas, canais e carreadores (veja mais na seção “Ampliando seus conhecimentos”). O citoplasma, também chamado de citosol, é a região entre a membrana plasmática e a carioteca, membrana que reveste o núcleo e protege nosso material genético. Sua composição é rica em água. Sabe-se que temos mais água dentro da célula do que fora dela, a média é de 60% dentro e 40% fora. Além da água, possuímos diferentes macromoléculas, como proteínas, lipídeos e carboidratos que, em conjunto, têm diferentes funções. Assim como nós, as células possuem esqueletos, chamados citoesqueletos. A função de um esqueleto não é sustentação? Pois bem, o citoesqueleto também tem essa função, além de participar na diferenciação celular (que veremos no próximo capítulo) (ALBERTS et al., 2010; JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2005). É também nessa parte celular que se encontram a maioria das organelas que veremos a seguir. Dentre as principais organelas, encontramos mitocôndria, complexo de Golgi, retículo endoplasmático e ribossomos (veja os demais na seção “Ampliando seus conhecimentos”). Falaremos sobre suas estruturas e importância dentro da célula. As mitocôndrias são organelas esféricas ou, mais frequentemente, alongadas. A principal função das mitocôndrias é liberar energia gradualmente das moléculas de ácidos graxos e glicose, provenientes dos alimentos, produzindo calor e moléculas de ATP (adenosina- -trifosfato). A energia armazenada no ATP é usada pelas células para Principais constituintes da célula 19 realizar suas diversas atividades, como movimentação, secreção, divisão mitótica, dentre outros. Figura 5 – Modelo esquemático de uma mitocôndria Ta tia na S he pe le va /S hu tte rs to ck A mitocôndria é a organela responsável por produção de energia no interior da célula. O retículo endoplasmático distingue-se em liso e rugoso. A membrana do retículo endoplasmático rugoso apresenta os ribossomos na sua superfície voltada para o citosol. Os ribossomos são partículas densas aos elétrons e constituídas de ácido ribonucleico (RNA ribossômico ou rRNA) e proteínas. Por essa estrutura membranar apresentar os ribossomos, estes têm a função de síntese proteica, sendo um papel fundamental na célula. São importantes estruturas na transcrição e tradução das proteínas. Sem essas estruturas, a célula não seria capaz de traduzir a leitura do material genético em proteínas, que serão utilizadas por ela. Diferentemente do retículo endoplasmático rugoso, o liso não possui ribossomos acoplados em sua membrana. É responsável por sintetizar lipídeos (gorduras, hormônios etc.) e, com isso, ele se torna presente nas diversas células que mais necessitam de lipídeos, exemplo das glândulas hormonais. 20 Fundamentos de citologia e histologia Figura 6 – Modelo esquemático de retículos endoplasmáticos: rugoso e liso Te fi/ Sh ut te rs to ck Os retículos endoplasmáticos, rugoso e liso, são importantes na síntese de proteínas e lipídeos, respectivamente. Em muitas células, o aparelho de Golgi localiza-se ao lado do núcleo; em outras células, ele se encontra disperso pelo citoplasma. Após a síntese de substâncias realizadas por meio da leitura gênica no núcleo, esse aparelho tem função muito importante na separação e no endereçamento das moléculas sintetizadas. No entanto, essas estruturas não são responsáveis pela produção de substâncias, mas sim apenas pelo armazenamento e eliminação por meio do sistema de secreção. 1.3 Tipos celulares De uma maneira geral, as células podem ser divididas em duas grandes categorias: as células procarióticas e as células eucarióticas. As células procarióticas, representadas basicamente pelas bactérias e cianobactérias, são células, em geral, de menor tamanho e de estruturação relativamente simples. As células eucarióticas são, geralmente, maiores e bem mais complexas, sendo encontradas nos animais, plantas e fungos. O nome eucarioto tem uma raiz grega, a partir de eu (verdadeiro) e karyon (núcleo), ou seja, eucariotos são células Vídeo Principais constituintes da célula 21 que exibem um núcleo celular, compartimento membranoso onde o seu material genético, o DNA, está presente. Em contraste, os procariotos (pro significa “antes”) não apresentam um núcleo celular, estando seu material genético livre no citoplasma. (RIBEIRO, 2011/2012, p. 9) Na diferença estrutural, a parte da célula chamada de citoplasma é um pouco diferente em eucariontes e procariontes. Em células eucariontes, que têm um núcleo, o citoplasma é tudo aquilo que está entre a membrana plasmática e o envelope nuclear (carioteca). Em procariontes, que não têm núcleo, o citoplasma é simplesmente tudo aquilo que é encontrado dentro da membrana plasmática. Nas bactérias, as únicas organelas presentes são os ribossomos; já as eucariontes apresentam todas aquelas citadas no item 1.2. Figura 7 – Diferenças estruturais entre uma célula eucariota e célula procariota, respectivamente. Bl ue Ri ng _E ve /S hu tte rs to ck Ba na na fis h/ Sh ut te rs to ck As células eucariotas são as células animais, células vegetais e células fúngicas. As células procariotas são apenas as bactérias. 22 Fundamentos de citologia e histologia 1.4 A microscopia como método de estudo Sabemos que as células são impossíveis de serem vistas a olho nu. Uma célula do cabelo difere de uma célula do pulmão, assim como a do pulmão difere de uma célula do intestino. As células variam de tamanho. Um exemplo é o tamanho da hemácia, que é cerca de 8 micrômetros (0,008 milímetros). Sendo a cabeça de um alfinete 1 milímetro,podemos concluir que necessitaria de 125 hemácias para chegar ao tamanho da cabeça de um alfinete (GOODSELL, 2009). Para conhecer as hemácias, por exemplo, a utilização de um equipamento de grande aumento pode nos ajudar a vê-las. Estamos, então, falando do microscópio. Figura 8 – Modelo esquemático de um microscópio de luz utilizado em diferentes laboratórios Se ve nt yF ou r/ Sh ut te rs to ck Para a observação de pequenas estruturas, como as células, faz-se necessário a utilização do microscópio ótico. A maioria dos microscópios nas instituições de ensino são denominados de microscópio ótico comum ou microscópio de luz. Porém, existem outros tipos de microscópios, sendo muito deles mais potentes, pois chegam a aumentar 10.000 vezes mais do que o microscópio ótico comum (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2012). Vídeo Principais constituintes da célula 23 O que difere o microscópio comum de um mais potente é a capacidade de aumento e sua resolução. A resolução é a capacidade de distinguir dois pontos próximos. A resolução máxima de nossos olhos fica em torno de 200 μm (0,2 mm), o que quer dizer que dois pontos separados por uma distância menor que esta são observados como um único ponto. A resolução é definida pela objetiva, sendo que cada uma apresenta resolução específica. Os demais elementos óticos do microscópio são importantes e podem até atuar corrigindo ou modificando o padrão da luz, mas, de fato, servem mesmo para ampliar e manter a qualidade da imagem gerada pelas objetivas. Um outro elemento importante para conhecermos é o botão onde encontram-se o micrômetro e macrômetro. Esses dois botões em um são necessários para a resolução do microscópio, trazendo clareza e melhorando a imagem a ser analisada. Sem a modernização desses aparelhos, não seria possível ter os diferentes conhecimentos apresentados neste capítulo. Considerações finais O principal objetivo deste capítulo foi oferecer uma introdução ao estudo da estrutura celular e apresentar nomenclaturas dos diferentes componentes da célula, além de conhecer as diferentes técnicas de análise celular, por meio de equipamentos como o microscópio. Isso é muito importante para se compreender os modernos conceitos de biologia celular e para, em um futuro próximo, conhecer as estruturas que as células formam quando estão unidas. 24 Fundamentos de citologia e histologia Ampliando seus conhecimentos • BIOLOGIA Sem limites. A vida interna da célula (Com legenda). 13 abr. 2013. Disponível em: https://www.youtube. com/watch?v=qW9_Sq2vSPc. Acesso em: 3 maio 2019. A vida interna da célula trata-se de um vídeo didático sobre as interações entre as organelas! • GUIA do estudante. Biologia: fisiologia celular – mecanismo de transporte celular. 16 maio 2017. Disponível em: https:// guiadoestudante.abril.com.br/estudo/biologia-fisiologia-celular- mecanismos-de-transporte-celular/. Acesso em: 3 maio 2019. Essa matéria trata das diferentes formas de interação entre o meio interno com o meio externo da célula. • PONTO em comum. Quem inventou o microscópio? Ep. 78. 8 jan. 2017. Disponível em: https://www.youtube.com/ watch?v=_M74mBV-nl0. Acesso em: 3 maio 2019. Vídeo Quem inventou o microscópio? O microscópio revolucionou toda uma ciência. Entenda como foi a história por trás de sua invenção! Atividades 1. As células apresentam diferentes morfologias, sendo classificadas, a princípio, como procarióticas e eucarióticas. Quais as diferenças entre esses tipos celulares? 2. Especializações de membrana são regiões de localização definidas na membrana plasmática, onde o citoesqueleto e outras proteínas interagem de forma a permitir uma forma e Principais constituintes da célula 25 funções específicas. Explique o conceito de permeabilidade seletiva da membrana. 3. Para o conhecimento da biologia celular, faz-se necessária a utilização de microscópio. Esse equipamento difere de acordo com seu grau de resolução e magnificação da imagem. De acordo com as diferentes partes, qual a função do botão macrométrico e do micrométrico? Referências ALBERTS, B.; JOHNSON, A.; WALTER, P. Biologia molecular da célula. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2010. CARVALHO, H. F.; COLLARES-BUZATO, C. B. Células: uma abordagem multidisciplinar. São Paulo: Manole, 2005. COOPER, G. M.; HAUSMAN, R. E. A Célula. Uma abordagem molecular. 3. ed. Porto Alegre: Artmed, 2007. GOODSELL, D. S.; The Machinery of Life. Springer Science + Businesses Media, 2009. JUNQUEIRA, L. C.; CARNEIRO, J. Biologia celular e molecular. 8. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2005. JUNQUEIRA, L. C.; CARNEIRO, J. Biologia celular e molecular. 9. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2012. OPENSTAX CNX. Eucariotyc cells. Disponível em: https://cnx.org/contents/ GFy_h8cu@9.85:FPF-phhT@13/Eukaryotic-Cells. Acesso em: 20 abr. 2019. RIBEIRO, A. F. Biologia celular. São Paulo: USP, 2011/2012. Disponível em: https://midia.atp.usp.br/impressos/redefor/EnsinoBiologia/ BioCel_2011_2012/BioCel_v2_01.pdf. Acesso em: 21 abr. 2019. 2 Divisão de trabalho entre as células e sua diferenciação Um indivíduo adulto é formado por cerca de 10 trilhões de células (1013 células). Podemos observar que a estrutura de um dente é mais rígida do que a estrutura capilar, porém ambos são formados por células. Assim, é possível afirmar que existem diferentes tipos celulares presentes em um ser humano. Após a interação do óvulo, vindo da mãe, com o espermatozoide, vindo do pai, forma-se o zigoto, o qual passará por inúmeros processos de diferenciação celular que darão origem a diferentes tipos de tecidos (junção de células) e, consequentemente, diferentes tipos de órgãos e estruturas na formação do corpo. Neste capítulo, abordaremos esses processos, tanto da formação celular como da sua morte, quando necessária. 2.1 Mitose e meiose A capacidade de se reproduzir é uma propriedade fundamental da célula. Todas as células são derivadas de uma só, denominada zigoto. Este é a junção do gameta masculino ao gameta feminino. É por meio da divisão celular que os organismos crescem e se reproduzem. Nas células eucarióticas, a produção de novas células ocorre como resultado de mitose e meiose. Esses dois processos de divisão nuclear são semelhantes, mas distintos. Ambos os processos envolvem a divisão de uma célula diploide ou uma célula contendo dois conjuntos de cromossomos (ARAUJO et al., 2016). Vídeo 28 Fundamentos de citologia e histologia Mitose é um processo de divisão nuclear em células eucarióticas que ocorre quando uma célula mãe se divide para produzir duas células filhas idênticas. Para que isso ocorra, a célula mãe passa por uma série ordenada de eventos chamada ciclo celular. O ciclo celular mitótico é iniciado pela presença de certos fatores de crescimento ou outros sinais que indicam que a produção de novas células é necessária, por exemplo, a reposição da pele após descamação devido a prolongado tempo exposto ao sol. As células somáticas do corpo replicam-se por mitose. Exemplos de células somáticas incluem células adiposas (de gordura), células sanguíneas, células da pele ou qualquer célula do corpo que não seja uma célula sexual. A mitose é necessária para substituir células mortas, células danificadas ou células com vida curta. Dessa forma, este processo faz parte constantemente da manutenção celular de um indivíduo vivo. (PAWELETZ, 2001; JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2012). Apesar de dividirmos a mitose em uma série de etapas, na verdade, trata-se de um processo contínuo, mas, para um melhor entendimento, essas etapas foram divididas e cada uma tem sua especificidade, o que veremos a seguir. Figura 1 – Modelo esquemático das etapas do processo de mitose A mitose é um processo de divisão celular contínuo, que acontece na maioria das células do nosso corpo, em que uma célula dá origem a duas outras células. De si gn ua /S hu tte rs to ck Célula-mãe Duas células-filhas Divisão celular Divisão de trabalhoentre as células e sua diferenciação 29 A mitose consiste em quatro fases básicas: prófase, metáfase, anáfase, telófase. Porém, existe uma etapa denominada interfase, que não estritamente é um estágio da mitose, mas antecede a etapa da prófase. É um período em que a célula se prepara para se dividir, crescer, armazenar energia, replicar organelas e o DNA. No estágio da prófase, a célula começa a quebrar algumas estruturas e a formar outras. Os cromossomos condensam, ficando mais prático para sua posterior divisão. Os cromossomos assumem sua forma clássica de “X” – duas cromátides irmãs unidas no centro do centrômero. Outro evento importante é o envelope nuclear que se desfaz: o centríolo se divide em duas partes e cada uma vai até um polo oposto da célula para iniciar o fuso mitótico. Essa fase pode ser observada ao microscópio de luz (SCITABLE, 2019). Figura 2 – Representação da etapa de prófase Ac hi ic hi ii/ Sh ut te rs to ck Estágio inicial da mitose, quando ocorre a duplicação dos cromossomos. O estágio de metáfase é fácil de identificar, pois é caracterizada pelos cromossomos alinhados, em fila única, ao longo do meio da célula. Nesse ponto, cada cromossomo fica preso ao fuso no seu centrômero. 30 Fundamentos de citologia e histologia Figura 3 – Representação da etapa de metáfase Ac hi ic hi ii/ Sh ut te rs to ck Nesta fase, os cromossomos atingem o máximo em espiralização, encurtam e se localizam na região equatorial da célula. No estágio da anáfase é possível observar os cromossomos divididos pelo centrômero, separando as cromátides irmãs nos polos opostos da célula. Acontece que cada cromátide se torna um cromossomo individual – idêntico ao cromossomo original. Com a ajuda das fibras do fuso mitótico, cada cromátide é puxada pelo centrômero, fazendo com que as cromátides se pareçam com a letra V (CARVALHO et al., 2005; JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2012). Esse estágio é facilmente reconhecível por meio do microscópio ótico. Divisão de trabalho entre as células e sua diferenciação 31 Figura 4 – Representação da etapa de anáfase Ac hi ic hi ii/ Sh ut te rs to ck Conhecida como fase de deslocamento, em que cada parte dos cromossomos- -irmãos é puxada para os polos opostos. A telófase é o estágio final e simples de reconhecer, pois você verá dois núcleos começando a se formar na telófase inicial e, na telófase tardia, você não poderá mais ver os cromossomos, apenas dois núcleos completos nas extremidades opostas da célula. A divisão do citoplasma para formar duas células novas é denominada citocinese. Esse processo só iniciará de acordo com cada tipo celular, podendo começar tanto na anáfase quanto na telófase e terminar logo depois da telófase. 32 Fundamentos de citologia e histologia Figura 5 – Representação da etapa de telófase Ac hi ic hi ii/ Sh ut te rs to ck A telófase é a última fase da mitose, na qual observa-se a descondensação dos cromossomos e a reorganização da carioteca. Meiose é o processo pelo qual os gametas (células sexuais) são gerados em organismos que se reproduzem sexualmente. Novas combinações de genes são introduzidas em uma população por meio da recombinação genética que ocorre durante a meiose. Assim, diferentemente das duas células geneticamente idênticas produzidas na mitose, o ciclo celular meiótico produz quatro células geneticamente diferentes. Em vários aspectos, a meiose é muito semelhante à mitose. A célula passa por etapas similares para organizar e separar o material genético, por meio dos cromossomos (OPENSTAX CNX, 2019). Divisão de trabalho entre as células e sua diferenciação 33 Figura 6 – Modelo esquemático das etapas do processo de meiose A meiose é um processo de divisão celular formado por duas etapas. A partir de uma única célula, ocorre a formação de quatro células haploides. De si gn ua /S hu tte rS to ck Nos seres humanos, a meiose é o processo de divisão celular que produz gametas (os gametas humanos contêm 23 cromossomos). Isso garante que na fertilização o número de cromossomos encontrados nas células normais do corpo, o número diploide, ou seja, 23 pares de cromossomos, seja restaurado. “Podemos dividir a meiose em duas etapas: divisão I e divisão II. Cada uma das duas etapas é dividida em quatro fases. Na meiose I, temos a prófase I, metáfase I, anáfase I e telófase I, além da citocinese. Já na meiose II, temos a prófase II, metáfase II, anáfase II e telófase II” (ALBERTS et al., 2010). Meiose é um processo muito técnico, por esse motivo é importante pontuar de uma forma mais simples os principais pontos de cada etapa: Prófase I, ocorre a condensação dos cromossomos e o cruzamento. Metáfase I, os cromossomos homólogos emparelham e se alinham no meio da célula. Anáfase I, os cromossomos homólogos se separaram. Na telófase I, ocorre a reforma do envelope nuclear. Ocorre a Citocinese I. Inicia-se a prófase II, em que os centríolos se 34 Fundamentos de citologia e histologia dividem e se movem para polos opostos. Metáfase II, os cromossomos se ligam às fibras do fuso e se alinham ao longo da linha central. Anáfase II, as cromátides irmãs se separam no centrômero e migram para polos opostos. Por último, ocorre a telófase II, em que há a reforma dos núcleos e os cromossomos desenrolam. Todo esse processo é essencial para a formação de espermatozoide (gameta masculino) e do óvulo (gameta feminino), para que, após a fecundação, ocorra a formação de um embrião, que dará origem a um novo indivíduo. 2.2 Diferenciação celular: células-tronco A junção de dois átomos ou mais forma as moléculas e a junção de várias moléculas forma as organelas. Um conjunto de organelas forma as células, que, quando interligadas, formam os tecidos. Um tecido que compõe o intestino é diferente de um tecido do rim, e isso se dá devido à diferenciação celular. Nesta etapa, veremos esse processo a partir das células-tronco. Diferenciação celular é o processo em que todas as células vivas passam a se especializar em uma determinada função. No entanto, ainda é pouco conhecido o comando responsável que essas células seguem para determinar sua especificidade, assim como não se sabe ao certo como elas compreendem o seu destino e função dentro do organismo. Muitos trabalhos têm sido desenvolvidos para responder a tais indagações (SAKAKI-YUMOTO et al., 2012; ZAKRZEWSKI et al., 2019; GOODELL, 2015). Porém, sabe-se que a caracterização de cada célula acontece durante o crescimento do embrião para formação dos tecidos sanguíneo, muscular, nervoso, adiposo e ósseo. Sabe-se também que a diferenciação é um processo irreversível. Uma vez que uma célula é diferenciada para formar o fígado, ela passará somente a dar origem às células hepáticas. Uma célula do fígado não pode se diferenciar em célula do rim, por exemplo. Vídeo Divisão de trabalho entre as células e sua diferenciação 35 Figura 7 – Tipos celulares formados a partir das células-tronco Células nervosas Células cardíacas Células hepáticas Células intestinaisCélulas sanguíneas Células musculares Células-tronco As células-tronco dão origem a diferentes tipos celulares, como as células musculares, que formam os músculos; as células sanguíneas, que formam o sangue; as células hepáticas, que formam o fígado; as células cardíacas, que formam o coração, dentre outros. Bl ue Ri ng M ed ia /S hu tte rs to ck Após a fecundação do espermatozoide no óvulo, forma-se o zigoto. Essa célula única passa por diversas transformações até 36 Fundamentos de citologia e histologia formar um indivíduo multicelular. Cada tipo de célula diferenciada tem um padrão de expressão gênica que ela mantém estável. Os genes expressos nessas células têm especificidade proteica e genes funcionais necessários para cada tipo em particular, o que confere às células uma estrutura e função correta para executarem sua tarefa. Células-tronco são células que têm a capacidade de autorreplicação, podendose duplicar ou diferenciar-se em outros tipos celulares. Há três principais tipos de células-tronco: as embrionárias, encontradas no cordão umbilical; as adultas, presentes na medula óssea (ambas são de fontes naturais); e a terceira é induzida em laboratório desde o ano de 2007, sendo até hoje estudada (IPCT). As células-tronco embrionárias encontram-se apenas no desenvolvimento do embrião e têm a capacidade de se diferenciar em qualquer tipo de célula adulta. As células-tronco adultas são menos versáteis, pois têm pouca capacidade de diferenciação. Elas são encontradas, principalmente, na medula óssea e no sangue do cordão umbilical. Interessante é que cada órgão possui um pouco de células-tronco adultas, para que, ao longo da vida, elas possam se dividir para gerar novas células. Isso é importante para a regeneração celular. As células-tronco de laboratórios são células induzidas, porém obtidas de um indivíduo adulto ou embrionário. Essa conduta é importante para estudos e para entendermos melhor os diferentes mecanismos de diferenciação celular, como também para entendermos certas doenças. 2.3 Morte celular Assim como possuímos mecanismos de replicar e sintetizar, temos mecanismos para degradar e eliminar. Imagine você se alimentar por 15 dias e nesses dias você não eliminar, por meio das fezes, o que consumiu. O que você sentiria? Com certeza, ficaria enfezado. Até a palavra demostra que você está “em fezes”, ou seja, cheio de excremento nada necessário para o organismo. Vídeo Divisão de trabalho entre as células e sua diferenciação 37 Agora pense você, após dias de praia, sua pele bronzeada, cheia daquelas células queimadas devido à exposição excessiva ao sol. E se, ao invés de descascar, você continuasse a produzir novas células e estas se sobrepusessem às células “queimadas”? Nossa pele ficaria uma camada grossa, certo? Pois bem, a morte dessas células não é ruim assim, pois elas darão espaços a novas células, para reconstituição da pele. Figura 8 – Morte celular por meio da apoptose Senescência em processo, da primeira célula em divisão até a apoptose. Célula saudável se dividirá de acordo com sua leitura genética Célula com alteração gênica Apoptose Célula normal A morte celular programada, denominada apoptose, se dá para manutenção dos tecidos e organização das funções celulares. Assim como há programação para diferenciação e produção celular, há também para a morte das células. O processo de morte celular programada, ou apoptose, é geralmente marcado por características morfológicas distintas e mecanismos bioquímicos dependentes de energia. A apoptose é considerada um componente vital de vários 38 Fundamentos de citologia e histologia processos, incluindo renovação celular normal, desenvolvimento e funcionamento adequados do sistema imunológico, atrofia dependente de hormônios, desenvolvimento embrionário e morte celular induzida por produtos químicos. A apoptose inapropriada, ou seja, sem sua devida função, é um fator em muitas condições humanas, incluindo doenças neurodegenerativas, distúrbios autoimunes e muitos tipos de câncer. A capacidade de modular a vida ou a morte de uma célula é reconhecida pelo seu imenso potencial terapêutico (SUSIN et al., 2000; ALBERTS et al., 2010). Muitos dos genes que controlam os processos de morte e englobam a morte celular programada foram identificados, e os mecanismos moleculares subjacentes a esses processos têm se mostrado evolutivamente conservados (METZSTEIN et al., 1998). Até recentemente, a apoptose tem sido considerada um processo irreversível, com ativação de substâncias que comprometem uma célula até a morte, bem como os genes de englobamento servindo ao propósito de remoção de células mortas, processos necessários para manutenção celular. Considerações finais Para uma eficiência celular, assim como uma interação saudável das diferentes células do organismo, deve-se sempre haver homeostasia, ou seja, a capacidade da célula e/ou organismo de manter-se em equilíbrio. Portanto, a necessidade de pesquisa científica continua a se concentrar na elucidação e análise da maquinaria do ciclo celular como divisão celular, diferenciação e morte celular, e até mesmo a sinalização entre as células. Caso ocorra algum distúrbio nesses processos, algumas doenças podem surgir. Portanto, quando tratamos de uma célula em particular, temos que ter a consciência da sua importância em um todo. Como sabemos, a junção de várias células forma um tecido, no qual se origina um tipo de órgão. Assim, um órgão saudável se dá por células saudáveis. Divisão de trabalho entre as células e sua diferenciação 39 Ampliando seus conhecimentos • IPCT – Instituto de Pesquisa com Células-tronco. O que são células-tronco. 16 ago. 2016. Disponível em: https://youtu.be/ Eg_sVkz1G24. Acesso em: 10 maio 2019. Neste vídeo, você terá a capacidade de diferenciar as células- -tronco embrionárias das adultas. O interessante é que as células embrionárias estão sendo utilizadas, em pesquisas, para entendimento de algumas doenças, com o intuito de se encontrar a cura. • KYRK, J. Mitosis. 2018. Disponível em: http://www.johnkyrk. com/mitosis.html. Acesso em: 10 maio 2019. Esta é uma excelente animação que mostra os estágios da mitose, um dos processos biológicos mais importantes. Nesse vídeo, você verá passo a passo as etapas do processo de divisão celular que ocorre na maioria de nossas células. • USP. Gametogênese e fecundação. Disponível em: https:// edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/3320526/mod_resource/ c o nt e nt / 2 / Au l a % 2 0 6 % 2 0 G a m e t o g ê n e s e % 2 0 e % 2 0 fecundação%20ZOO%202016.pdf. Acesso em: 10 maio 2019. Material sobre a formação dos gametas femininos e masculinos, por meio da meiose. O processo de meiose é mais complexo e separado em duas grandes etapas. Assim, esse material auxiliará em uma melhor compreensão em cada etapa de cada estágio desse processo. https://youtu.be/Eg_sVkz1G24 https://youtu.be/Eg_sVkz1G24 http://www.johnkyrk.com/mitosis.html http://www.johnkyrk.com/mitosis.html https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/3320526/mod_resource/content/2/Aula%206%20Gametogênese%20e%20fecundação%20ZOO%202016.pdf https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/3320526/mod_resource/content/2/Aula%206%20Gametogênese%20e%20fecundação%20ZOO%202016.pdf https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/3320526/mod_resource/content/2/Aula%206%20Gametogênese%20e%20fecundação%20ZOO%202016.pdf https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/3320526/mod_resource/content/2/Aula%206%20Gametogênese%20e%20fecundação%20ZOO%202016.pdf 40 Fundamentos de citologia e histologia • IPCT – Instituto de Pesquisa com Células-tronco. Células- -tronco. Disponível em: http://celulastroncors.org.br/celulas- tronco-2/. Acesso em: 10 maio 2019. Neste material sobre as células-tronco você poderá verificar a necessidade de alguns estudos científicos com esse tipo celular para a cura ou o tratamento de algumas doenças. Atividades 1. Existem dois tipos de divisão celular: a mitose e a meiose. Sem a mitose, morreríamos rapidamente, pois cerca de 2 bilhões de células por dia morrem e são substituídas por meio da divisão mitótica, no fenômeno da regeneração celular. Cite alguns exemplos do cotidiano que demostram a presença desse processo de regeneração celular. 2. O sangue é outro tecido em que a reprodução celular é importantíssima, pois as células sanguíneas de todos os tipos morrem e são continuamente substituídas por verdadeiras “linhas de produção”, localizadas na medula dos ossos. Como ocorre o processo de formação da hemácia, um tipo de célula sanguínea? 3. Como ocorre a perda da cauda de um girino, quando ele passa da vida aquática para a vida terrestre? Que mecanismo celular ocorre? http://celulastroncors.org.br/celulas-tronco-2/ http://celulastroncors.org.br/celulas-tronco-2/ Divisão de trabalho entre as células e sua diferenciação 41 Referências ALBERTS, B.; JOHNSON,A.; WALTER, P. Biologia molecular da célula. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2010. ARAUJO, A. R.; GELENS, L.; SHERIFF, R. S.; SANTOS, S. D. Positive Feedback keeps duration of mitosis temporally insulated from upstream cell-cycle events. Molecular Cell, v. 64, n. 2, p. 362-375, 2016. Disponível em: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27768873. Acesso em: 10 maio 2019. CARVALHO, H. F.; COLLARES-BUZATO, C. B. Células: uma abordagem multidisciplinar. São Paulo: Manole, 2005. COOPER, G. M.; HAUSMAN, R. E. A célula: uma abordagem molecular. 3. ed. Porto Alegre: Artmed, 2007. GOODELL, M. A.; NGUYEN, H.; SHROYER, N. Somatic stem cell heterogeneity: diversity in the blood, skin and intestinal stem cell compartments. Molecular Cell Biology, v. 16, n. 5, p. 299-309, 2015. Disponível em: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25907613. Acesso em: 10 maio 2019. IPCT – Instituto de Pesquisa com Células-tronco. Células-tronco. Disponível em: http://celulastroncors.org.br/celulas-tronco-2/. Acesso em: 1 maio 2019. JUNQUEIRA, L. C.; CARNEIRO, J. Biologia celular e molecular. 9. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2012. LENORMAND, T.; ENGELSTÄDTER, J.; JOHNSTON, S. E.; WIJNKER, E.; HAAG, C. R. Evolutionary mysteries in meiosis. Philosophical Transactions of the Royal Society, n. 371, 2016. Disponível em: https://royalsocietypublishing. org/doi/full/10.1098/rstb.2016.0001. Acesso em: 10 maio 2019. METZSTEIN, M. M.; STANFIELD G. M.; HORVITZ, H. R. Genetics of programmed cell death in C. elegans: past, present and future. Trends Genet., v. 14, n. 10, p. 410-416, 1998. OPENSTAX CNX. The process of meiosis. Disponível em: https://cnx.org/ contents/GFy_h8cu@9.87:GYZS3DDP@8/The-Process-of-Meiosis. Acesso em: 10 maio 2019. PAWELETZ, N. Walther Flemming: pioneer of mitosis research. Nature Reviews Molecular Cell Biology, n. 2, p. 72-75, 2001. Disponível em: https:// www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11413469. Acesso em: 10 maio 2019. PIERCE, B. Genetics: a conceptual approach. New York: W.H. Freeman, 2005. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27768873 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25907613 https://royalsocietypublishing.org/doi/full/10.1098/rstb.2016.0001 https://royalsocietypublishing.org/doi/full/10.1098/rstb.2016.0001 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11413469 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11413469 42 Fundamentos de citologia e histologia SAKAKI-YUMOTO, M.; KATSUNO, Y.; DERYNCK, R. TGF-β family signaling in stem cells. Biochimica et Biophysica Acta, v. 1830, n. 2, p. 2.280-2.296, 2012. Disponível em: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/ pubmed/22959078. Acesso em: 10 maio 2019. SCITABLE. Prophase. Disponível em: https://www.nature.com/scitable/ definition/prophase-189. Acesso em: 10 maio 2019. SCITABLE. Metaphase. 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Como visto nos capítulos anteriores, todo ser vivo é constituído de células, e essas estruturas básicas necessitam desses três elementos. Pode-se dizer que esses elementos seriam a trindade da sobrevivência celular, pois, sem um deles, ocorre a morte da célula. Se houver ar e alimento, mas faltar água, ocorre morte celular. Se houver água e ar, mas faltar alimento, principalmente as três biomoléculas – carboidratos, proteínas e lipídios –, ocorre morte celular. Assim, neste capítulo, conheceremos os mecanismos de digestão celular. 3.1 Sistema de englobamento de moléculas para nutrição celular Você foi ao restaurante de sua cidade, comeu o prato do dia, tomou um suco de sua preferência. Nesse processo, os seus dentes começaram a triturar os alimentos, sua saliva a umidificá-los, e algumas enzimas presentes em sua boca começaram a degradar os macronutrientes dos alimentos em micronutrientes. Esse bolo alimentar formado na boca chega ao estômago, seu suco gástrico digere ainda mais esses alimentos, formando o quimo, que é, então, encaminhado para o intestino. Esse órgão será responsável pelo término da digestão, por meio da liberação de diferentes enzimas, além da absorção e eliminação dos componentes não necessários ao organismo (SILVERTHORN, 2017). As células, individualmente, podem obter esses macro e micronutrientes por diferentes mecanismos, como também podem Vídeo Quimo: produto parcial da digestão do bolo alimentar que passa do estômago para o duodeno 44 Fundamentos de citologia e histologia produzir algumas moléculas para sua própria utilização. Assim, começaremos a conhecer as formas como cada célula obtém o nutriente do alimento consumido. As moléculas podem ser transportadas para o interior da célula por meio da membrana plasmática. Algumas substâncias, como a glicose e alguns aminoácidos, são grandes em relação aos poros da membrana e não são solúveis em lipídios, o que também impede a sua difusão pela matriz lipídica da membrana. Dessa forma, os poros proteicos provêm passagens seletivas para íons e outras moléculas por meio da membrana. Há três tipos básicos de moléculas proteicas envolvidas com a permeabilidade da membrana: canais, carreadores e bombas. Os canais são poros íon-específicos que tipicamente se abrem e fecham de forma transitória e regulada. Podem ser regulados por voltagem, por ligante ou mecanicamente. Os carreadores são proteínas similares a enzimas, capazes de mudar de conformação para transferir moléculas de um lado a outro na membrana. As bombas são enzimas que utilizam energia de ATP, luz ou outras fontes para mover íons e criar gradientes de concentração por meio da membrana. Figura 1 – Estruturas de moléculas proteicas envolvidas com a per- meabilidade da membrana plasmática sc ie nc ep ic s/ Sh ut te rs to ck Todas são transmembrânicas, ou seja, ultrapassam a bicamada lipídica membranar. Nutrição e respiração celular 45 Dessa forma, podemos dividir o transporte de membrana em transporte ativo e transporte passivo. Figura 2 – Tipos de transporte através da membrana Transporte através da membrana Transporte PassivoTransporte Ativo Difusão Osmose Fonte: Elaborada pela autora. O transporte passivo pode ocorrer em dois processos: difusão e osmose. A difusão pode ser dividida em difusão simples e difusão facilitada. A difusão simples utiliza os poros da membrana plasmática. Nesse processo, não há consumo de energia, ocorre a favor do gradiente. Na difusão facilitada, substâncias grandes passam através da matriz por transporte passivo, contando, para isso, com o trabalho de proteínas carreadoras (BERNE et al., 2004). Quando duas concentrações distintas estão separadas por uma membrana impermeável ao soluto e permeável ao solvente, ocorre a passagem do solvente da menor para a maior concentração. Quando isso ocorre, denominamos osmose. O transporte ativo é a passagem de uma substância de um meio menos concentrado para um meio mais concentrado (contra o gradiente), que ocorre com gasto de energia. Exemplo disso é a bomba sódio e potássio, função celular necessária em todos os tipos celulares (ALBERTS et al., 2010). Todos esses transportes são para pequenas moléculas. Para grandes moléculas, o mecanismo é denominado endocitose. A endocitose é dividida em endocitosemediada, fagocitose 46 Fundamentos de citologia e histologia e pinocitose. A primeira tem a função mediada por uma ação proteica; a fagocitose engloba componentes sólidos; e, por fim, a pinocitose engloba componentes líquidos. A fagocitose é muito utilizada por células imunológicas, por exemplo. Para que esse mecanismo ocorra, a membrana plasmática forma pseudópodes (falsos pés) em volta do componente a ser englobado e os transporta para o interior da célula. O componente fica envolto a uma camada da membrana plasmática, como se estivesse dentro de um vacúolo. Com a ajuda dos lisossomos – que são enzimas digestivas –, é feita a degradação desse componente e, assim, as pequenas partículas podem ser utilizadas pelas células. A pinocitose é a invaginação por meio de componentes líquidos. Nesse momento se forma um vacúolo no citoplasma, que é lizado para que o componente líquido seja utilizado pela célula. Figura 3 – Processos de endocitose, fagocitose e exocitose So le il N or di c/ Sh ut te rs to ck Esses processos são formas de transporte no qual uma célula carrega moléculas para dentro da célula – endocitose – e para fora da célula – exocitose. As substâncias que não são necessárias, advindas dos alimentos que você consumiu no restaurante, serão eliminadas por meio das fezes. As células também possuem uma forma de eliminação dos componentes que não são necessários. A esse processo se dá o Nutrição e respiração celular 47 nome de clasmocitose. Assim, todos os componentes e substâncias que não serão utilizados ou que são tóxicos para a células serão eliminados por meio da membrana plasmática para o exterior da célula (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2012). Figura 4 – Transporte de membrana por meio da exocitose Al do na G ris ke vi ci en e/ Sh ut te rs to ck Na exocitose, a célula libera as biomoléculas produzidas para o meio extracelular ou clasmocitose (secreção de componentes desnecessários ou toxinas para fora da célula). As células também produzem algumas macromoléculas, como as proteínas e lipídios. Após a tradução do gene presente no DNA, essas substâncias podem ser sintetizadas pelo retículo endoplasmático. Esse é formado por um conjunto de sacos achatados (cisternas), túbulos e vesículas esféricas, e é dividido em retículo endoplasmático liso, que sintetiza e transporta lipídios, principalmente, e em retículo endoplasmático rugoso, que é responsável pela síntese e transporte de proteínas (ALBERTS et al., 2010). Após a síntese dessas biomoléculas, elas são transportadas até o complexo de Golgi e serão armazenadas até o momento de serem secretadas, quando necessárias. As moléculas podem ser secretadas para o interior das células, para participar de alguma via metabólica celular, ou serem secretadas para o exterior da célula por meio da exocitose. 48 Fundamentos de citologia e histologia 3.2 Trocas gasosas “Inspira e expira, inspira e expira, inspira e expira”. No consultório, ao colocar o estetoscópio na parte torácica, o médico, às vezes, pede para inspirar e expirar o ar, ou seja, obter o ar e depois eliminá- lo. Quando inspiramos obtemos o oxigênio (O2) e quando expiramos eliminamos o gás carbônico (CO2). Essa troca se dá por meio de um mecanismo denominado hematose. A hematose é um mecanismo de trocas gasosas que ocorre nos alvéolos pulmonares; é um processo fundamental para garantir a entrada de oxigênio e a saída de gás carbônico, proporcionando, assim, a oxigenação de todas as células e realizando o processo de respiração celular. Figura 5 – Modelo 3D do sistema respiratório em um raio-x Bl ue Ri ng M ed ia /S hu tte rs to ck Traqueia Brônquios Coração Alvéolos Diafragma O sistema respiratório inicia pelas fossas nasais e termina nos alvéolos pulmonares, onde ocorrem as trocas gasosas. O diafragma é um órgão que auxilia no processo respiratório, tanto na inspiração como na expiração. 3.2.1 Transporte de oxigênio O oxigênio é pouco solúvel no plasma, então, menos de 2% dele é transportado dissolvido no plasma. A maioria do oxigênio está Vídeo Nutrição e respiração celular 49 ligada à hemoglobina, uma proteína contida nos glóbulos vermelhos. A hemoglobina é composta por quatro estruturas de anéis contendo ferro (hemes) quimicamente ligadas a uma proteína grande (globina). Cada átomo de ferro pode se ligar e liberar uma molécula de oxigênio. Hemoglobina suficiente está presente no sangue humano normal para permitir o transporte de cerca de 0,2 mililitros de oxigênio por mililitro de sangue (CUTRIM et al., 2019). Nem todo o oxigênio transportado no sangue é transferido para as células do tecido. A quantidade de oxigênio extraído pelas células depende da sua taxa de gasto energético. Em repouso, o sangue venoso que retorna aos pulmões ainda contém de 70 a 75% do oxigênio presente no sangue arterial; essa reserva está disponível para atender a crescentes demandas de oxigênio (NEOK). Durante o exercício extremo, a quantidade de oxigênio restante no sangue venoso diminui para 10 a 25%, em média. Na parte mais íngreme da curva de dissociação de oxigênio, um declínio relativamente pequeno na pressão parcial de oxigênio no sangue está associado a uma liberação relativamente grande de oxigênio ligado. Ou seja, há mais oxigênio nos tecidos do que ligado à hemoglobina, na corrente sanguínea. 3.2.2 Transporte de dióxido de carbono Esse transporte é consideravelmente mais complexo. Uma pequena porção de dióxido de carbono (CO2), cerca de 5%, An dr ea D an ti/ Sh ut te rs to ck Os alvéolos pulmonares são ricos em vasos sanguíneos, pois são eles que farão as trocas gasosas. Assim, a seta em vermelho representa a entrada de oxigênio, advindo da inspiração. A seta em azul mostra a saída do gás carbônico, que será eliminado através da expiração. Figura 6 – Alvéolos pulmonares e a troca gasosa 50 Fundamentos de citologia e histologia permanece inalterada e é transportada dissolvida no sangue. O restante é encontrado em combinações químicas reversíveis. Cerca de 88% do CO2 no sangue está na forma de íon bicarbonato. Quando o CO2 entra no sangue, ele se combina com a água para formar ácido carbônico (H2CO3), um ácido relativamente fraco, que se dissocia em íons de hidrogênio (H+) e íons de bicarbonato (HCO3-). A acidez do sangue é minimamente afetada pelos íons de hidrogênio liberados, porque as proteínas do sangue, especialmente a hemoglobina, são agentes tamponantes efetivos. A capacidade do sangue de transportar CO2 como bicarbonato é aumentada por um sistema de transporte de íons dentro da membrana das hemácias, que simultaneamente move um íon de bicarbonato para fora da célula e para o plasma em troca de um íon cloreto. A troca simultânea desses dois íons, conhecida como o deslocamento do cloreto, permite que o plasma seja usado como um local de armazenamento para o bicarbonato, sem alterar a carga elétrica do plasma ou do glóbulo vermelho. Assim, ocorre a liberação do gás carbônico, um componente tóxico ao organismo (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2012; BERNE et al., 2004). A liberação do gás carbônico, advindo da produção celular, e a obtenção de oxigênio, por meio da via respiratória, faz com que ocorra a manutenção da respiração celular, favorecendo a produção de energia pelas células, em diferentes tecidos. Considerações finais A vida e a manutenção celular só são eficazes se os três elementos básicos estiverem presentes. Caso contrário, a morte será o resultado dessa ineficiência. Entre o nascer e o morrer de uma célula, o equilíbrio entre a alimentação, respiração e hidratação é essencial. Uma célula bem nutrida, oxigenada e hidratada faz com que todo o tecido seja eficiente, e um tecido eficiente proporciona um órgão capaz de realizar suas funções. Assim, o cuidado da célula é essencial na manutenção de vida de cada indivíduo. Nutrição e respiração celular 51 Ampliando seus conhecimentos • BENAION, D. Endocitose: Fagocitosee pinocitose. 28 abr. 2011. Disponível em: http://bioarquivos.blogspot.com/2011/04/ endocitose-fagocitose-e-pinocitose.html. Acesso em: 24 abr. 2019. Nestes vídeos didáticos sobre fagocitose e pinocitose, você poderá visualizar de uma forma dinâmica o processo de endocitose que acontece nas células. • BRASIL ESCOLA. Transporte ativo e passivo. 17 jan. 2018. Disponível em: https://www.youtube.com/ watch?v=EIr2JzS4IyA&t=412s. Acesso em: 24 maio 2019. Neste vídeo, aprenderemos a diferença entre transporte ativo e transporte passivo e seremos capazes de entender como algumas substâncias entram e saem das células. Atividades 1. Quais tipos de endocitose a célula é capaz de fazer? Explique as características de cada uma. 2. Os rins têm a função de filtração sanguínea, eliminando o que não é necessário para o organismo e reaproveitando componentes que serão úteis. Como procede uma célula renal ao exercer a função de eliminação? 3. O oxigênio é o principal componente utilizado pelos tecidos para obtenção de energia. A sua disponibilidade adequada no ar inspirado, associada à preservação da relação entre ventilação e perfusão pulmonar, são os determinantes primordiais para o aporte desse gás ao sangue. Em um paciente anêmico, quais deficiências poderiam ocorrer nesse processo e quais consequências? http://bioarquivos.blogspot.com/2011/04/endocitose-fagocitose-e-pinocitose.html http://bioarquivos.blogspot.com/2011/04/endocitose-fagocitose-e-pinocitose.html https://www.youtube.com/watch?v=EIr2JzS4IyA&t=412s https://www.youtube.com/watch?v=EIr2JzS4IyA&t=412s 52 Fundamentos de citologia e histologia Referências ALBERTS, B.; JOHNSON, A.; WALTER, P. Biologia molecular da célula. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2010. BERNE, R. M.; LEVY, M. N.; KOLPPEN, B. M.; STANTON, B. A. Fisiologia. 5. ed. São Paulo: Elsevier, 2004. COOPER, G. M.; HAUSMAN, R. E. A célula: uma abordagem molecular. 3. ed. Porto Alegre: Artmed, 2007. CUTRIM, A. L. C. et al. Inspiratory muscle training improves autonomic modulation and exercise tolerance in chronic obstructive pulmonary disease subjects: A randomized-controlled trial. Respiratory Physiology & Neurobiology, n. 263, p. 31-37, 2019. JUNQUEIRA, L. C.; CARNEIRO, J. Biologia celular e molecular. 9. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2012. NEOK. Respiratory System. Disponível em: https://www.neok12.com/ Respiratory-System.htm. Acesso em: 20 maio 2019. SILVERTHORN, D. U. Fisiologia humana: uma abordagem integrada. 7. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017. 4 Tecido epitelial Neste capítulo, iniciaremos o estudo em histologia, ramo da ciência que estuda os tecidos, tanto de animais como de vegetais, a fim de compreender como se organizam e se relacionam para compor diferentes órgãos, e consequentemente, diferentes organismos. Em nós, seres humanos, os tecidos são classificados de acordo com suas diferenças morfológicas e suas especializações funcionais. Assim, daremos início ao primeiro grupo: tecido epitelial. Prontos? 4.1 Características gerais: morfologia celular e matriz O tecido epitelial é constituído por células que recobrem toda a área externa do corpo humano, assim como as glândulas presentes nele. Esse tecido reveste as vias aéreas, o trato gastrointestinal, o sistema urinário e também parte do sistema circulatório, como os vasos sanguíneos. Suas funções são bem distintas, porém são geralmente ligadas a tecidos de revestimento. As células epiteliais derivam de todas as três principais camadas embrionárias; os epitélios que revestem a pele, partes da boca e do nariz e o ânus se desenvolvem a partir do ectoderma. Células que revestem as vias aéreas e a maior parte do sistema digestivo se originam no endoderma, já o epitélio, que reveste os vasos do sistema linfático e cardiovascular, deriva da mesoderme e é chamado de endotélio (KIERSZENBAUM; JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2012). Vídeo 54 Fundamentos de citologia e histologia Figura 1 – Diferentes tipos de epitélio Os tecidos epiteliais podem apresentar uma única camada ou várias, além de pertencerem às estruturas glandulares. Única camada Glandular Multicamadas Ar te m id a- ps y/ Sh ut te rs to ck Um diferencial desse tecido é que uma célula se une a outra por meio da chamada junção de célula, e entre elas há pouco ou quase nenhum material extracelular. A junção dessas células se dá por meio da zônula de adesão, da zônula de oclusão e dos desmossomos. Tais estruturas são importantes na junção de uma célula a outra, proporcionando uma maior interação entre elas, além de ser um tecido polarizado, ou seja, possui lados opostos. Um dos polos encontra-se voltado para a parte interna do órgão, o qual é denominado superfície apical. O polo oposto, voltado para o lado externo do órgão, é denominado superfície basal. A junção de várias superfícies basais das células chamamos de lâmina basal. Essa é uma mistura de glicoproteínas e colágeno, que fornece um local de ligação para o epitélio, e o tecido conjuntivo subjacente. Na formação de um tecido epitelial, há as células apicais escamosas e as células de membrana basal nas formas de cubos ou colunas. Essa camada superior pode ser coberta ou não por uma proteína chamada queratina. A nossa pele possui o tecido queratinizado, porém, na região da boca não há queratina (ROSS; PAWLINA, 2012). O tecido epitelial não apresenta vasos sanguíneos, ou seja, é avascular. Sabe-se que a forma pela qual a célula obtém nutrientes e oxigenação é por meio da circulação sanguínea. Como não são vascularizadas, as células presentes obtêm os nutrientes por meio do transporte efetuado na membrana, como a difusão e também a Tecido epitelial 55 absorção das células próximais da superfície. É interessante saber que esse tecido de revestimento do nosso corpo, por não ser vascularizado, proporciona a nós uma menor probabilidade de hemorragia. Imagine se você cortasse a ponta do dedo devido ao mau uso da faca e, no pequeno corte, ocorresse um fluxo intenso de sangue. Seria desesperador. Assim, por ser o tecido mais exposto a fatores externos, a não vascularização proporciona proteção em casos de pequenos machucados. Essas células também têm uma capacidade de substituir células que não têm mais função ou que já morreram. Isso é importante, pois, se pararmos para pensar, nosso tecido externo do corpo, que é a nossa pele, perde várias células diariamente. Quando tiramos uma roupa, devido ao atrito, podemos favorecer a retirada de células. No banho, ao esfregar as axilas com uma esponja, retiramos mais células. Graças à capacidade de regeneração celular, nosso tecido muscular não fica exposto ao meio externo (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2017). 4.2 Funções e localizações Como o tecido epitelial está exposto ao meio externo, as células ali presentes proporcionam uma proteção contra agentes nocivos, como o atrito com uma peça de roupa, os raios ultravioleta provenientes do sol e até mesmo contra microrganismos presentes no ar. Ele também funciona como uma barreira física, selecionando e permitindo a entrada de alguns materiais, como a água. Outras células epiteliais secretam compostos químicos mucosos e específicos em suas superfícies apicais. Por exemplo, o epitélio do intestino delgado que libera enzimas digestivas; as células que revestem o trato respiratório secretam muco, que retém microrganismos e partículas que chegam, dentre outros (GARTNER; HIATT, 2010; ROSS; PAWLINA, 2012). O tipo de célula epitelial é visualmente caracterizada pelas suas superfícies: basal e apical. As suas organelas ficam em apenas um polo Vídeo 56 Fundamentos de citologia e histologia da célula e as principais proteínas ficam ligadas à membrana plasmática, tanto na região basal como na apical. Podem haver diferenças entre as células, quando apresentam uma função mais específica. Exemplo disso são as células ciliadas, presentes no trato respiratório, em que os cílios estão presentes somente na parte apical da célula.Essas extensões celulares se dão devido à presença de uma proteína chamada microtúbulo (uma proteína do citoesqueleto, conforme vimos no Capítulo 1), que proporciona sustentação a essas estruturas (CARVALHO; COLLARES- BUZATO, 2005; ROSS; PAWLINA, 2012). Um exemplo são os cílios encontrados na traqueia. Eles têm a função de “varrer” os componentes externos obtidos por meio da respiração. O ar que respiramos não é limpo, nele há várias substâncias, como poeira, microrganismos, poluição etc. Assim, os cílios ali presente impedem que essas substâncias cheguem ao pulmão, protegendo-os. Figura 2 – Diferentes tipos de tecido epitelial O tecido epitelial simples é organizado como uma camada única de células, e o tecido epitelial estratificado é formado por várias camadas de células. Quando empilhadas, dão forma a diferentes órgãos do corpo humano. W hi te Dr ag on /S hu tte rs to ck Tecido epitelial 57 As células do epitélio simples têm a aparência de escamas finas, apresentando núcleos planos, horizontais e elípticos. O conjunto desse tipo celular é denominado endotélio, no qual estão presentes os vasos do sistema linfático e os vasos do sistema circulatório, constituído por uma única camada de células escamosas. O epitélio escamoso simples forma uma espécie de película de estrutura bem fina, por isso se trata de um tecido importante, principalmente para que os órgãos que o possuem façam o transporte através da membrana de alguns compostos, de uma forma mais rápida. Um exemplo são os alvéolos pulmonares, que são responsáveis pela troca gasosa, obtida por meio da respiração. Já o mesotélio, um outro tipo de tecido epitelial escamoso simples, está presente nas membranas serosas. Ele proporciona uma superfície mais lisa e pode secretar componentes com funções de lubrificação, como as amígdalas (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2017). O epitélio glandular é constituído por uma ou mais células que produzem e secretam um produto específico. O produto secretado é sempre aquoso e contém proteínas. A secreção é considerada um processo ativo e, por meio de processos químicos, os nutrientes obtidos pela corrente sanguínea são transformados no produto que será secretado pela célula. Assim, as glândulas são classificadas em endócrinas, exócrinas e mistas. As glândulas endócrinas não possuem ductos. Elas produzem hormônios e secretam-nos por exocitose, para fora da célula. Esse hormônio entra na corrente sanguínea ou no sistema linfático e percorre até os órgãos específicos. Cada hormônio faz com que seu órgão alvo responda de maneira específica. Por exemplo, hormônios produzidos pelas células do intestino fazem com que o pâncreas libere enzimas que auxiliam na digestão. Já as glândulas exócrinas secretam seus produtos na pele ou nas cavidades do corpo (GARTNER; HIATT, 2010). Os produtos secretados pelas glândulas exócrinas incluem suor, muco, bile e outros. Pode-se dizer que esses produtos 58 Fundamentos de citologia e histologia não são secretados dentro dos vasos sanguíneos ou linfáticos, eles são secretados direto no órgão ou tecido. No corpo humano, o fígado e o pâncreas realizam funções endócrinas e exócrinas, assim, são chamados de glândulas mistas. Figura 3 – Tipos glandulares Al do na G ris ke vi ci en e/ Sh ut te rs to ck Endócrina Exócrina As glândulas são classificadas por sua estrutura e liberação da secreção: endócrina e exócrina. As glândulas podem ser unicelulares, ou seja, compostas por uma única célula, ou multicelulares, compostas por mais de duas células. As glândulas exócrinas unicelulares produzem mucina, uma glicoproteína complexa que se dissolve na água. Quando é dissolvida, forma um muco que protege e lubrifica as superfícies de alguns órgãos. As glândulas exócrinas multicelulares são mais complexas, com duas partes principais: unidade de secreção e um ducto. A unidade secretora é cercada pelo tecido conjuntivo, que supre a unidade secretora com vasos sanguíneos e fibras nervosas, já que ela não os possui. As glândulas multicelulares são classificadas de acordo com sua estrutura e secreção e possuem diversas funções de acordo com sua localização. Um exemplo são as glândulas salivares e as glândulas sebáceas. Tecido epitelial 59 Considerações finais Neste capítulo, pudemos perceber que, no tecido epitelial, as células, em sua maioria, estão intimamente compactadas com pouca ou nenhuma matriz extracelular. As principais funções dos epitélios são proteção do ambiente, cobertura, secreção e excreção, absorção e filtração. Camadas de células únicas formam epitélios simples, enquanto células empilhadas formam epitélios estratificados. Pouquíssimos capilares penetram nesses tecidos. As glândulas são tecidos e órgãos secretórios derivados dos tecidos epiteliais, que secretam diferentes compostos químicos, de acordo com a função do órgão. Ampliando seus conhecimentos • TORQUATTO, E. F. B.; LIMA, B.; BRANCALHÃO, R. M. C.; GUEDES, N.L.K.O. Tecido epitelial. Programa Microscópio Virtual, 2019. Disponível em: http://projetos. unioeste.br/projetos/microscopio/index.php?option=com_ phocagallery&view=category&id=10&Itemid=77. Acesso em: 11 jun. 2019. No Programa Microscópio Virtual você encontrará um atlas histológico virtual, no qual poderá visualizar os diferentes tipos teciduais. As imagens são apresentadas em aumentos progressivos, de forma a simular uma visualização no microscópio de luz. http://projetos.unioeste.br/projetos/microscopio/index.php?option=com_phocagallery&view=category&id=10&Itemid=77 http://projetos.unioeste.br/projetos/microscopio/index.php?option=com_phocagallery&view=category&id=10&Itemid=77 http://projetos.unioeste.br/projetos/microscopio/index.php?option=com_phocagallery&view=category&id=10&Itemid=77 60 Fundamentos de citologia e histologia • MONTANARI, T. Histologia: texto, atlas e roteiro de aulas práticas. 3. ed. Porto Alegre: Ed. da autora, 2016. Disponível em: http://www.ufrgs.br/livrodehisto/. Acesso em: 13 jun. 2019. No capítulo 2 desse livro on-line, o tecido epitelial será abordado de uma forma mais complexa, acentuando alguns pontos mais específicos desse tecido, como a classificação das diferentes glândulas presentes em nosso organismo. Vale a pena conferir, pois o livro traz imagens de microscopia que levarão a um melhor entendimento do tecido epitelial. Atividades 1. Os tecidos epiteliais, quase completamente, não têm irrigação sanguínea por meio dos vasos sanguíneos. Caso esse tecido fosse vascularizado, ou seja, rico em vasos sanguíneos, o que isso poderia implicar na saúde do indivíduo? 2. Os diferentes tipos de tecidos epiteliais vão do simples ao estratificado. Em algumas partes do corpo se faz necessária a simplicidade tecidual, em outras, é necessária uma maior complexidade. Sabendo que o tecido simples é mais escamoso, qual é sua finalidade nos alvéolos pulmonares? 3. A forma das células do tecido epitelial e a justa posição celular que apresentam é garantida por um conjunto de junções celulares especializadas. Essas junções celulares vão ter apresentação variável de acordo com a especificidade funcional do tecido no qual se encontram. Porém, de uma forma geral, apresentam quais características? http://www.ufrgs.br/livrodehisto/ Tecido epitelial 61 Referências CARVALHO, H. F.; COLLARES-BUZATO, C. B. Células: uma abordagem multidisciplinar. São Paulo: Manole, 2005. GARTNER, L. P.; HIATT, J. L. Atlas colorido de histologia. 5. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2010. JUNQUEIRA, L. C.; CARNEIRO, J. Biologia celular e molecular. 9. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2012. JUNQUEIRA, L. C.; CARNEIRO, J. Histologia básica: texto e atlas. 13. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2017. KIERSZENBAUM, A. L. Histologia e biologia celular: uma introdução à patologia. 3. ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2012. ROSS, M. H.; PAWLINA, W. Histologia: texto e atlas em correlação com a biologia celular e molecular. 6. ed. Rio de Janeiro:Guanabara Koogan, 2012. 5 Tecido conjuntivo Ao contrário do tecido epitelial, que é composto por células intimamente compactadas, com pouco ou nenhum espaço no meio extracelular, as células do tecido conjuntivo, ou conectivo, são dispersas em uma matriz. Uma das principais funções desse tecido é conectar tecidos e órgãos, assim como seu próprio nome sugere. Neste capítulo, serão apresentados os tipos de tecido conjuntivo: adequado (propriamente dito), de suporte e fluido, e suas respectivas funções. 5.1 Características gerais do tecido conjuntivo Ao contrário do tecido epitelial, as células do tecido conjuntivo são dispersas em uma matriz. Esta geralmente inclui uma grande quantidade de material extracelular produzido pelas próprias células do tecido conjuntivo. Além de desempenhar um papel importante no funcionamento desse tecido, o principal componente da matriz é uma junção de fibras de proteínas. Essa substância fundamental é geralmente um fluido, mas também pode ser mineralizada e sólida, como nos ossos. Os tecidos conjuntivos vêm em uma grande variedade de formas, embora eles tenham em comum três componentes característicos: células, grandes quantidades de substância fundamental amorfa (sem forma) e fibras proteicas. A quantidade e a estrutura de cada componente correlaciona-se com a função do tecido, desde a substância rígida presente nos ossos que sustentam o corpo até a inclusão de células especializadas, por Vídeo 64 Fundamentos de citologia e histologia exemplo, uma célula fagocitária que engloba patógenos e também livra o tecido de restos celulares. Os tecidos conjuntivos desempenham muitas funções no corpo; porém, a mais importante é que eles apoiam e conectam diferentes tecidos – desde a bainha do tecido conjuntivo que envolve as células musculares aos tendões que ligam os músculos aos ossos. A proteção e sustentação são outras funções importantes do tecido conjuntivo, na forma de estruturas e ossos fibrosos que protegem órgãos delicados e, é claro, o sistema esquelético por completo. Células especializadas no tecido conjuntivo defendem o corpo de microrganismos que o invadem. O transporte de líquidos, nutrientes e gases é assegurado por tecidos conjuntivos fluidos especializados, como o sangue e a linfa. As células adiposas armazenam energia em excesso na forma de gordura e contribuem para o isolamento térmico do corpo (ROSS; PAWLINA, 2012; JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2017). As três categorias de tecido conjuntivo são classificadas de acordo com as características de sua substância fundamental e os tipos de fibras encontradas dentro da matriz. O tecido conjuntivo propriamente dito inclui tecido conjuntivo frouxo e tecido conjuntivo denso. Ambos os tecidos possuem uma variedade de tipos de células e fibras proteicas suspensas em uma substância de base viscosa. O tecido conjuntivo denso é reforçado por feixes de fibras que fornecem força elástica, elasticidade e proteção. No tecido conjuntivo frouxo, as fibras são organizadas livremente, deixando grandes espaços no meio. A segunda categoria é o tecido conjuntivo de suporte – osso e cartilagem –, que fornece estrutura e força ao corpo e protege os tecidos moles e vitais. Nos ossos, a matriz é rígida e descrita como calcificada por causa dos sais de cálcio depositados. Na terceira categoria, é o tecido conjuntivo fluido, composto pela linfa e o sangue, em que várias células especializadas circulam em um fluido aquoso contendo sais, nutrientes e proteínas dissolvidas (GARTNER; HIATT, 2010; MONTANARI, 2016). Tecido conjuntivo 65 5.1.1 Tipos celulares As células presentes no tecido conjuntivo são diferenciadas das células-tronco pluripotentes, que nada mais são do que células mesenquimais. A célula mesenquimal é uma célula adulta multipotente, que tem a capacidade de se diferenciar em diversas linhagens celulares. Essas células podem desempenhar a função de qualquer tipo de célula do tecido conjuntivo e são necessárias para o reparo e a cicatrização do tecido danificado, porém, as células mais abundantes no tecido conjuntivo são os fibroblastos. 5.1.1.1 Fibroblastos Os fibroblastos sintetizam componentes da matriz extracelular, como as fibras colágenas, fibras reticulares, fibras elásticas e a substância fundamental da matriz. Um fibrócito, uma forma menos ativa de fibroblasto, é o segundo tipo de célula mais comum no tecido conjuntivo propriamente dito. Sabemos que há três tipos de fibras secretadas pelos fibroblastos – as fibras de colágeno, fibras elásticas e fibras reticulares. A fibra de colágeno é feita a partir de subunidades de proteína fibrosa ligadas entre si. Embora flexíveis, têm grande resistência à tração, resistem ao alongamento e conferem essas características aos ligamentos e tendões. Essas fibras mantêm os tecidos conjuntivos unidos, mesmo durante o movimento do corpo. A fibra elástica contém a proteína elastina, juntamente com quantidades menores de outras proteínas e glicoproteínas. A principal propriedade da elastina é que, depois de esticada ou comprimida, retornará à sua forma original. As fibras elásticas são proeminentes nos tecidos elásticos encontrados na pele e nos ligamentos elásticos da coluna vertebral. A fibra reticular também é formada pelas mesmas subunidades proteicas que as fibras de colágeno. No entanto, essas fibras 66 Fundamentos de citologia e histologia permanecem estreitas e estão dispostas em uma rede de ramificação. São encontradas em todo o corpo, mas são mais abundantes no tecido reticular de órgãos moles, como fígado e baço, em que eles fornecem suporte estrutural ao parênquima (células funcionais, vasos sanguíneos e nervos do órgão). Todos esses tipos de fibras são incorporados à substância básica, que é secretada pelos fibroblastos e composta por polissacarídeos, ácido hialurônico e proteínas. Estes se combinam e formam uma matriz clara, viscosa e incolor que você conhece como substância fundamental (KIERSZENBAUM, 2012; JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2017; UFRGS, 2019). Figura 1 – Imagem ilustrativa de um fibroblasto Os fibroblastos funcionam como células acessórias em muitas respostas imunes e inflamatórias, pois podem produzir ou responder a uma ampla variedade de citocinas. Esses mediadores permitem que fibroblastos e leucócitos cooperem durante processos complexos, como cicatrização de feridas, além de auxiliar na elasticidade das células do tecido conjuntivo. De si gn ua /S hu tte rs to ck Elastina Enzimas Fibras colágenas Matriz extracelular Fator de crescimento Ácido hialurônico Tecido conjuntivo 67 5.1.1.2 Adipócitos Os adipócitos são células que armazenam lipídios que preenchem a maior parte do citoplasma. Existem dois tipos básicos de adipócitos: brancos e marrons. Os adipócitos marrons armazenam lipídios em pequenos tamanhos e têm alta atividade metabólica. Em contraste, os adipócitos de gordura branca armazenam lipídios em um único tamanho, porém são grandes e menos ativos metabolicamente. Sua eficácia no armazenamento de grandes quantidades de gordura é comprovada em indivíduos obesos. O número e o tipo (branco ou marrom) de adipócitos dependem do tecido e localização e variam entre os indivíduos de diferentes populações (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2017; UNIFAL, 2019). 5.1.1.3 Macrófagos e mastócitos O macrófago é uma célula grande derivada de um monócito, um tipo de célula sanguínea, que entra na matriz do tecido conjuntivo a partir dos vasos sanguíneos. Os macrófagos são componentes essenciais no sistema imunológico, que é a defesa do corpo contra patógenos e células hospedeiras que sofreram degradação. Quando estimulados, os macrófagos liberam citocinas, pequenas proteínas que agem como mensageiros químicos. As citocinas recrutam outras células do sistema imunológico para locais infectados e estimulam suas atividades. Os macrófagos livres se deslocam rapidamente por movimentos ameboides, englobando agentes infecciosos e restos celulares.Em contrapartida, os macrófagos residentes são permanentes em seus tecidos. 68 Fundamentos de citologia e histologia Figura 2 – Tecido conjuntivo que suporta, liga ou separa tecidos e órgãos mais especializados do corpo. De si gn ua /S hu tte rs to ck O tecido conjuntivo é formado por diferentes tipos celulares. São eles, os fibroblastos, macrófagos, mastócitos, células adiposas e leucócitos. A maioria das células residentes do tecido são advindas dele mesmo, porém, outras células, como os macrófagos, podem migrar de outras regiões para o conjuntivo. Vasos sanguíneos Macrófagos Linfócitos Adipócitos Melanócitos Fibras reticulares Mastócitos Fibras elásticas Fibras colágenas O mastócito, encontrado no tecido conjuntivo propriamente dito, possui muitos grânulos citoplasmáticos, os quais contêm os sinais químicos histamina e heparina. Quando irritados ou danificados, os mastócitos liberam histamina, um mediador inflamatório, que causa vasodilatação e aumento do fluxo sanguíneo em um local de lesão ou infecção, além de coceira, inchaço e vermelhidão, que você reconhece como uma resposta alérgica. Assim como as células do sangue, os mastócitos são derivados de células-tronco hematopoiéticas e fazem parte do sistema imunológico (BAIN, 2007; LICHTMAN et al., 2010). Tecido conjuntivo 69 5.2 Tecido conjuntivo frouxo e denso O tecido conjuntivo frouxo é encontrado entre muitos órgãos e age tanto para absorver o choque como para unir os tecidos. Permite que a água, sais e vários nutrientes se difundam por meio de células e tecidos adjacentes. É constituído por pouca matriz extracelular e por muitas células e poucas fibras. Já o tecido conjuntivo denso contém mais fibras de colágeno que o tecido conjuntivo frouxo, por isso, apresenta maior resistência ao alongamento. Existem duas categorias principais de tecido conjuntivo denso: regular e irregular. No primeiro, as fibras apresentam-se paralelas umas às outras, o que gera um aumento da resistência à tração e alongamento na direção das orientações das fibras, que podemos observar nos ligamentos e tendões. O tecido regular contém fibras de elastina, além das fibras de colágeno, o que permite que o ligamento retorne ao seu comprimento original após o alongamento, como acontece nos ligamentos das pregas vocais. No segundo, a direção das fibras é aleatória. Esse arranjo dá ao tecido maior força em todas as direções e menos força em uma direção única. A derme da pele é um exemplo de tecido conjuntivo denso irregular rico em fibras de colágeno. Tecidos elásticos irregulares densos dão às paredes arteriais a força e a capacidade de recuperar a forma original após o alongamento. 5.3 Tecidos conjuntivos especiais Os tecidos conjuntivos especiais são denominados assim, pois possuem propriedades diferenciadas. Neles, encontramos o tecido adiposo, tecido cartilaginoso, tecido ósseo e o tecido sanguíneo ou reticular, os quais veremos a seguir. Vídeo Vídeo 70 Fundamentos de citologia e histologia Figura 3 – Ilustração em vetor de tecidos cartilaginosos Ósseo Cartilaginoso Conjuntivo frouxo Conjuntivo denso Adiposo Sanguíneo Mieloide Linfoide Representação das estruturas do tecido conjuntivo frouxo, denso, tecido adiposo, tecido ósseo, tecido cartilaginoso e tecido reticular (sangue e linfa). Ar te m id a- ps y/ Sh ut te rs to ck O tecido adiposo consiste principalmente de células de armazenamento de gordura, com pouca matriz extracelular. O tecido adiposo branco é mais abundante. Essa gordura branca contribui principalmente para o armazenamento de lipídios e pode servir como isolamento de temperaturas frias e lesões mecânicas. É encontrado protegendo os rins e amortecendo a parte de trás do olho, por exemplo. O tecido adiposo marrom é mais comum em bebês, daí o termo “gordura do bebê”. Em adultos, há uma quantidade reduzida de gordura marrom, encontrada principalmente nas regiões cervical e clavicular do corpo. O tecido adiposo marrom é termogênico, Tecido conjuntivo 71 o que significa que, à medida que decompõe as gorduras, libera o calor metabólico, em vez de produzir trifosfato de adenosina (ATP), uma molécula-chave usada no metabolismo como energia (ROSS; PAWLINA, 2012; UFRGS, 2019). As duas formas principais de tecido conjuntivo de suporte são a cartilagem e o osso, os quais permitem que o corpo mantenha sua postura e proteja os órgãos internos. Dentro da matriz da cartilagem estão os condrócitos ou células de cartilagem, e o espaço que ocupam é chamado de lacuna. A cartilagem é envolvida pelo pericôndrio, uma camada de tecido conjuntivo denso e irregular, e é avascular. Assim, todos os nutrientes precisam se difundir por meio da matriz para alcançar os condrócitos. Esse é um fator que contribui para a cura muito lenta dos tecidos cartilaginosos. Os três tipos principais de tecido de cartilagem são: cartilagem hialina, fibrocartilagem e cartilagem elástica. A cartilagem hialina, o tipo mais comum de cartilagem no corpo, consiste em fibras de colágeno curtas e dispersas e contém grandes quantidades de proteoglicanos. Sob o microscópio, as amostras de tecido parecem claras. A superfície da cartilagem hialina é lisa. Forte e flexível, encontra-se na caixa torácica e no nariz e cobre os ossos, onde se encontram para formar juntas com mobilidade. Um prato de cartilagem hialina nas extremidades do osso permite o crescimento continuado até a idade adulta. A fibrocartilagem é rígida porque possui feixes espessos de fibras de colágeno dispersas através de sua matriz. As articulações do joelho e da mandíbula e os discos intervertebrais são exemplos de fibrocartilagem. A cartilagem elástica contém fibras elásticas, assim como colágeno e proteoglicanos. Esse tecido dá suporte rígido e elasticidade. Para verificar essa característica, puxe suavemente os lóbulos da sua orelha e observe que eles retornam à sua forma inicial (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2017). O osso é o tecido conjuntivo mais duro. Ele fornece proteção aos órgãos internos e sustentação ao corpo. A matriz extracelular rígida do 72 Fundamentos de citologia e histologia osso contém principalmente fibras de colágeno incorporadas a uma forma de fosfato de cálcio. Sem colágeno, os ossos seriam frágeis e quebrariam facilmente, e sem cristais minerais, eles se flexionariam e forneceriam pouca sustentação. Os osteócitos, células ósseas assim como os condrócitos, estão localizados dentro das lacunas. O osso é um tecido altamente vascularizado. Ao contrário da cartilagem, o tecido ósseo pode se recuperar de lesões em um tempo relativamente curto. O osso esponjoso é mais leve e é encontrado no interior de alguns ossos e no final de ossos longos; já o osso compacto é bem sólido e possui maior resistência estrutural (KIERSZENBAUM, 2012). O sangue e a linfa são tecidos conjuntivos fluidos e suas células circulam em uma matriz extracelular líquida. Todas as células presentes que circulam no sangue são derivadas de células-tronco hematopoiéticas localizadas na medula óssea. As células como os eritrócitos ou glóbulos vermelhos transportam oxigênio e um pouco de dióxido de carbono, assim como os nutrientes, sais e resíduos são dissolvidos na matriz líquida sanguínea e transportados por todo o corpo. Os leucócitos, glóbulos brancos do sangue, são responsáveis pela defesa contra microrganismos ou moléculas potencialmente prejudiciais. Alguns glóbulos brancos têm a capacidade de atravessar a camada endotelial que reveste os vasos sanguíneos e penetrar nos tecidos adjacentes, proporcionando defesa a diferentes tipos de célula e/ou tecido. Já as plaquetas são fragmentos celulares envolvidos na coagulação sanguínea. A linfa também contém uma matriz líquida e glóbulos brancos, sendo responsável pela drenagem do corpo humano, onde libera aos vasos sanguíneos componentes que não poderiam entrar diretamente na corrente sanguínea. Dessa forma, o transporte especializado de capilares linfáticos,por exemplo, absorve as gorduras do intestino e entrega essas moléculas ao sangue, de uma forma mais protetora (BAIN, 2007; LICHTMAN et al., 2010; JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2017). Tecido conjuntivo 73 Considerações finais Neste capítulo, pudemos perceber que o tecido conjuntivo é heterogêneo, com muitas formas celulares e estruturas de tecido. Estruturalmente, todos os tecidos conjuntivos contêm células incorporadas em uma matriz extracelular estabilizada por proteínas. A natureza química e disposição física da matriz extracelular e proteínas variam enormemente entre os tecidos, refletindo a variedade de funções que o tecido conjuntivo preenche no corpo. Eles separam os órgãos e os protegem de lesões traumáticas ou de deslocamento, fornecem suporte e auxiliam o movimento, armazenam e transportam moléculas de energia, protegem contra infecções e contribuem para a homeostase da temperatura corporal. Dessa forma, esse tipo de tecido é importante em diferentes funções, proporcionando a cada sistema um auxílio necessário. Ampliando seus conhecimentos • BIOLOGIA com Samuel Cunha. Tecido Conjuntivo: histologia. 20/08/2017. Disponível em: https://www.youtube.com/ watch?v=G4Q0T3pcaz8. Acesso em: 18 jun. 2019. Esse vídeo é um resumo sobre a divisão do tecido conjuntivo, mostrando os diferentes tipos de tecido devido aos diferentes tipos celulares apresentados. Vale a pena assistir! • AMENDOEIRA, R.; CAPUTO, L.; MOLINARO, E. (org.). Conceitos e métodos para formação de profissionais em laboratórios de saúde. Rio de Janeiro: EPSJV, IOC, 2010. v. 2. Disponível em: http://www.fiocruz.br/ioc/media/vol_2[1]. pdf. Acesso: 18 jun. 2019. Neste material, no Capítulo 2, você encontrará informações mais aprofundadas sobre o tecido conjuntivo, além das https://www.youtube.com/watch?v=G4Q0T3pcaz8 https://www.youtube.com/watch?v=G4Q0T3pcaz8 http://www.fiocruz.br/ioc/media/vol_2%5b1%5d.pdf http://www.fiocruz.br/ioc/media/vol_2%5b1%5d.pdf 74 Fundamentos de citologia e histologia diferentes proteínas envolvidas nesses tipos celulares, por exemplo, como se formam os diferentes tipos de cartilagem. • BEU, C. C. L.; GUEDES, N. L. K. O.; QUADROS, Â. A. G. de. Tecido conjuntivo. Programa Microscópio Virtual, 2019. Disponível em: http://projetos.unioeste. br/proje tos/micros copio/ index .php?opt ion=com_ phocagallery&view=category&id=9&Itemid=68. Acesso em: 13 jun. 2019. No Programa Microscópio Virtual, você encontrará um atlas histológico virtual, no qual poderá visualizar os diferentes tipos de tecido conjuntivo. As imagens são apresentadas em aumentos progressivos, de forma a simular uma visualização no microscópio de luz. Atividades 1. Uma das principais funções do tecido conjuntivo é integrar órgãos e sistemas orgânicos no corpo. Discuta como o sangue cumpre esse papel. 2. Por que uma lesão na cartilagem, especialmente na cartilagem hialina, cicatriza muito mais lentamente do que uma fratura óssea? 3. Se a cartilagem de articulação, presente no final dos ossos longos, se degenerasse, quais sintomas ocorreriam? Por quê? http://projetos.unioeste.br/projetos/microscopio/index.php?option=com_phocagallery&view=category&id=9&Itemid=68 http://projetos.unioeste.br/projetos/microscopio/index.php?option=com_phocagallery&view=category&id=9&Itemid=68 http://projetos.unioeste.br/projetos/microscopio/index.php?option=com_phocagallery&view=category&id=9&Itemid=68 Tecido conjuntivo 75 Referências BAIN, B. J. Células sanguíneas: um guia prático. 4. ed. Porto Alegre: Artmed, 2007. GARTNER, L. P; HIATT, J. L. Atlas colorido de histologia. 5. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2010. JUNQUEIRA, L. C.; CARNEIRO, J. Histologia básica: texto e atlas. 13. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2017. KIERSZENBAUM, B. L. Histologia e biologia celular: uma introdução à patologia. 3. ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2012. LICHTMAN, M. A.; BEUTLER, E.; KAUSHANSKY, K.; KIPPS, T. J. Williams hematology. 8. ed. New York: McGraw-Hill, 2010. MONTANARI, T. Histologia: texto, atlas e roteiro de aulas práticas. 3. ed. Porto Alegre: Ed. da autora, 2016. Disponível em: http://www.ufrgs.br/ livrodehisto/pdfs/3Conjunt.pdf. Acesso em: 22 maio 2019. ROSS, M. H.; PAWLINA, W. Histologia: texto e atlas em correlação com a biologia celular e molecular. 6. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2012. UNIFAL – Universidade Federal de Alfenas. Histologia interativa: tecido conjuntivo. Disponível em: https://www.unifal-mg.edu.br/ histologiainterativa/tecido-conjuntivo/. Acesso em: 22 maio 2019. 6 Tecido muscular Quando você pensa em músculos, o que vem em sua mente? A maioria das pessoas pensa nos músculos que são encontrados logo abaixo da pele, aqueles que, quando exercitados, mostram-se visíveis, bem torneados. Esses são os músculos esqueléticos, denominados assim porque a maioria deles move o esqueleto. Porém, existem outros tipos de músculos no corpo, com trabalhos bem diferentes. Um é o músculo cardíaco, presente no coração, cuja função é bombear o sangue por meio do sistema circulatório. O outro é o músculo liso, que participa de vários movimentos involuntários, como mover o alimento por meio do sistema digestivo. Neste capítulo, você conhecerá a estrutura e a função desses três tipos de músculos. Vamos lá? 6.1 Tecido muscular: características gerais, tipos e funções O músculo é o tecido que permite o movimento ativo do corpo ou de materiais dentro dele. Existem três tipos de tecido muscular: músculo esquelético, músculo cardíaco e músculo liso. Vídeo 78 Fundamentos de citologia e histologia Figura 1 – Os diferentes tipos de tecido muscular Tipos de tecido muscular: músculo cardíaco (coração), músculo esquelético (articulações) e músculo liso (trato gastrointestinal), respectivamente. Músculo cardíaco Músculo esquelético De si gn ua /S hu tte rs to ck Músculo liso Iniciaremos tratando do tecido muscular esquelético. Sua característica mais conhecida é a capacidade de contrair e causar movimento. No entanto, esses músculos agem não apenas para produzir movimento, mas também para encerrá-lo, assim como resistir à gravidade, sustentando a postura, o corpo ereto e equilibrado em qualquer posição, e manter a estabilidade do esqueleto, prevenindo danos ou deformações na sua estrutura. Os músculos esqueléticos também permitem outras funções, como engolir, urinar e defecar. Eles protegem os órgãos internos, particularmente os órgãos abdominais e pélvicos, atuando como uma barreira externa contra traumas e apoiando o peso dos órgãos (MAURER, 2014; HERNÁNDEZ-OCHOA; SCHNEIDER, 2018). Esse tipo muscular contribui para a manutenção da homeostase no corpo, gerando calor: a contração muscular requer energia e, quando o ATP (trifosfato de adenosina) é quebrado, o calor é produzido. Esse calor é muito perceptível durante o exercício, quando o movimento muscular sustentado faz com que a temperatura do corpo aumente e, em casos de frio extremo, quando os tremores produzem contrações musculares aleatórias para gerar calor (HALL; GUYTON, 2017), ou seja, suas funções são diversificadas e muito necessárias. Tecido muscular 79 Figura 2 – Estrutura do tecido muscular esquelético – vista posterior e anterior st ih ii/ Sh ut te rs to ck O tecido muscular esquelético apresenta diferentes funções, não somente para favorecer o movimento, mas também como sustentação, proteção de outros tecidos e diferentes órgãos. Cada músculo é envolvido por uma camada de tecido conjuntivo denso e irregular chamado epimísio, o qual separa o músculo de outros tecidos e órgãos da região, permitindo que o músculo se mova de forma independente. Dentro de cada músculo esquelético, as fibras musculares são organizadas em feixes individuais, cada um chamado de fascículo, os quais são envoltos por uma camada intermediária de tecido conjuntivo chamada perimísio. Dentro de cada fascículo, cada fibra muscular é envolvida por uma fina camada de tecido conjuntivo de fibras colágenase reticulares chamada endomísio. O endomísio contém o líquido extracelular e nutrientes para sustentar 80 Fundamentos de citologia e histologia a fibra muscular. Esses nutrientes são fornecidos pelo sangue para o tecido muscular (SILVERTHORN; PAGNUSSAT, 2010). Figura 3 – Estrutura de um músculo esquelético Um músculo esquelético é composto por perimísio, epimísio, endomísio, tudo para favorecer uma fibra muscular. A junção de várias fibras musculares se chama fascículo. du cu 59 us /S hu tte rs to ck Cartilagem articular Tendão Fáscia profunda Músculo esquelético Perimísio Epimísio Fibra muscular Endomísio Fascículo Osso Como as células musculares esqueléticas são longas e cilíndricas, elas são comumente chamadas de fibras musculares. As fibras musculares esqueléticas podem ser bastante grandes para as células humanas, com até 100 μm de diâmetro e 30 μm de comprimento. Durante o desenvolvimento inicial, os mioblastos embrionários, cada um com seu próprio núcleo, fundem-se com até centenas de outros mioblastos para formar as fibras musculares esqueléticas multinucleadas. Núcleos múltiplos significam múltiplas cópias de genes, que permitem a Tecido muscular 81 produção de grandes quantidades de proteínas e enzimas necessárias para a contração muscular (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2017; ROSS; PAWLINA, 2012). A membrana plasmática das fibras musculares é chamada de sarcolema, o citoplasma é chamado de sarcoplasma e o retículo endoplasmático liso especializado, que armazena, libera e recupera íons de Ca++, é chamado de retículo sarcoplasmático (TORTORA; GRABOWSKI, 2012; ROSS; PAWLINA, 2012). Figura 4 – Estrutura de uma fibra muscular esquelética Al ila M ed ic al M ed ia /S hu tte rs to ck Fibra muscular Miofilamentos Sarcolema Os filamentos grossos e finos formam os miofilamentos contráteis que, em conjunto, formam as fibras musculares. A aparência estriada das fibras musculares esqueléticas se deve ao arranjo dos miofilamentos. Cada junção desses miofilamentos e suas proteínas reguladoras, troponina e tropomiosina, é chamada 82 Fundamentos de citologia e histologia de sarcômero, unidade funcional de uma fibra muscular esquelética, sendo um arranjo altamente organizado por miofilamentos contráteis, actina (filamento fino) e miosina (filamento espesso), junto com outras proteínas de suporte. O sarcômero é empacotado dentro da miofibrila, que percorre toda a extensão da fibra muscular e se liga ao sarcolema ao final. Cada sarcômero tem aproximadamente 2 μm de comprimento, com um arranjo cilíndrico tridimensional, e é delimitado por estruturas chamadas discos Z, às quais os miofilamentos de actina são ancorados. Como a actina e seu complexo troponina-tropomiosina formam cordões mais finos que a miosina, são chamados filamento fino do sarcômero. Da mesma forma, como os filamentos de miosina e suas múltiplas cabeças têm mais massa e são mais espessos, são chamados de filamentos grossos do sarcômero (SILVERTHORN, 2003). 6.1.1 Tecido muscular cardíaco O tecido muscular cardíaco, como o próprio nome sugere, é encontrado apenas no coração. Contrações altamente coordenadas do músculo cardíaco bombeiam o sangue para os vasos do sistema circulatório. O músculo cardíaco é estriado e organizado em sarcômeros, possuindo a mesma organização de bandas que o músculo esquelético, porém, as fibras musculares cardíacas são mais curtas que as fibras musculares esqueléticas e geralmente contêm apenas um núcleo, localizado na região central da célula. Fibras musculares cardíacas possuem muitas mitocôndrias e o ATP é produzido principalmente por meio do metabolismo aeróbico. As células das fibras musculares cardíacas também são extensivamente ramificadas e conectadas umas às outras em suas extremidades por discos intercalados. Um disco intercalado permite que as células do músculo cardíaco se contraiam em um padrão ondulatório, de modo que o coração possa funcionar como uma bomba (SILVERTHORN, 2003; JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2017). Tecido muscular 83 As contrações do coração (batimentos cardíacos) são controladas por células musculares cardíacas especializadas, chamadas de marca- -passo, que controlam diretamente a frequência cardíaca. Embora o músculo cardíaco não possa ser controlado conscientemente, as células marca-passo respondem aos sinais do sistema nervoso autônomo (SNA) para acelerar ou desacelerar a frequência cardíaca. Essas células também podem responder a vários hormônios que modulam a frequência cardíaca para controlar a pressão arterial (CARDIAC MUSCLE STRUCTURE AND FUNCTION, 2019). 6.1.2 Tecido muscular liso O músculo liso, denominado assim pelo fato de suas células não terem estrias, está presente nas paredes de órgãos como bexiga, útero, estômago, intestinos delgado e grosso, nas paredes das artérias e veias do sistema circulatório, no trato do sistema respiratório, urinário e reprodutivo. O músculo liso também está presente nos olhos, onde funciona para alterar o tamanho da íris e a forma da lente, e na pele, onde o cabelo fica ereto em resposta à temperatura fria ou ao medo, por exemplo (SILVERTHORN; PAGNUSSAT, 2010; ROSS; PAWLINA, 2012). Fibras musculares lisas são fusiformes (largas no meio e afiladas em ambas as extremidades, algo parecido com uma bola de futebol americano) e têm um único núcleo. Elas variam cerca de 30 a 200 μm e produzem o seu próprio tecido conjuntivo, o endomísio. Embora não tenham estrias e sarcômeros, as fibras musculares lisas possuem proteínas contráteis de actina e miosina e filamentos grossos e finos. Esses filamentos finos são ancorados por corpos densos. Um corpo denso é semelhante aos discos Z das fibras musculares esqueléticas e cardíacas e é fixado ao sarcolema (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2017). O músculo liso mais comum é encontrado nas paredes de todos os órgãos viscerais, exceto no coração (que possui músculo cardíaco em suas paredes), e por isso é comumente chamado de músculo visceral. Este estica quando enche e só volta à estrutura normal quando ocorre o esvaziamento do órgão. Isso é importante para 84 Fundamentos de citologia e histologia órgãos ocos, como o estômago ou a bexiga, que se expandem continuamente à medida que se enchem. Em geral, o músculo liso visceral produz contrações lentas e constantes que permitem que substâncias, como alimentos, movam-se no trato digestivo (TORTORA; GRABOWSKI, 2012; MAURER, 2014; JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2017). 6.2 Fisiologia básica da contração muscular O tecido muscular é conhecido por ser responsável pelos movimentos que dá ao corpo. Como sabemos, nosso corpo possui três tipos de tecido muscular. Todos os três tecidos musculares exibem uma qualidade chamada excitabilidade, pois suas membranas plasmáticas podem mudar seus estados elétricos e enviar uma onda elétrica chamada potencial de ação, ao longo de toda a extensão da membrana1. Sabe-se que o sistema nervoso influencia a excitabilidade do músculo cardíaco e liso em algum ponto específico, já o músculo esquelético depende completamente da sinalização do sistema nervoso para funcionar adequadamente. No entanto, tanto o músculo cardíaco como o músculo liso podem responder a outros estímulos, como os hormônios ( S I L V E R T H O R N , 2003; SILVERTHORN; PAGNUSSAT, 2010). 1 Assista ao vídeo indicado n a seção “Ampliando seus conhecimentos”. Bl am b/ Sh ut te rs to ck Detalhe do tecido muscular mostrando filamentos finos, composto por actina (amarelo) e filamentos grossos, composto por miosina (vermelho) e complexo de troponina (verde escuro). Figura 5 – Ligação entre a actina e miosina para o processo de contração e relaxamento muscular Vídeo excitabilidade: prontidão de resposta a uma estimulação. Tecido muscular 85 Os músculos começam o processo de contração quando a proteína actina é puxada por uma proteína miosina. Isso ocorre no músculo esquelético e cardíaco após locais específicos de ligaçãoda actina terem sido expostos em resposta à interação entre íons de cálcio (Ca++) e proteínas como a troponina e tropomiosina, que protegem os sítios de ligação da actina. Todos os músculos necessitam de ATP, ou seja, de energia, para continuar o processo de contração, e todos eles relaxam quando o Ca++ é removido e os locais de ligação à actina são novamente protegidos (SILVERTHORN; PAGNUSSAT, 2010; TORTORA; GRABOWSKI, 2012). Um músculo pode retornar ao seu comprimento original quando relaxado por conta de uma qualidade do tecido muscular chamada elasticidade, devido à composição das fibras elásticas. O tecido muscular também possui a qualidade de extensibilidade: pode esticar ou estender. A contractilidade permite que o tecido muscular puxe os seus pontos de fixação e encurte com força. Essa contractilidade favorece a estruturação desses músculos por meio de atividades físicas, como a musculação. Verificaremos com mais detalhes esses três aspectos necessários na contração e relaxamento muscular. 6.2.1 Contração muscular A sequência de eventos que resulta na contração de uma fibra muscular individual começa com um sinal dado pelo neurônio motor, por meio do neurotransmissor acetilcolina (ACh). A membrana da fibra irá despolarizar à medida que íons de sódio carregados positivamente (Na+) entram, desencadeando um potencial de ação que se espalha para o restante da membrana despolarizando. Isso promove a liberação de Ca++. O Ca++ inicia, então, a contração, que é sustentada pelo ATP. Enquanto os íons Ca++ se ligam à troponina e o ATP estiver disponível, a fibra muscular continuará encurtando a um limite anatômico (SILVERTHORN, 2003; MAURER, 2014). Os eventos moleculares de contração das fibras musculares ocorrem nos sarcômeros da fibra. Uma miofibrila é composta de 86 Fundamentos de citologia e histologia diversos sarcômeros ao longo de seu comprimento. Assim, as miofibrilas e células musculares se contraem conforme os sarcômeros se contraem. Figura 6 – Estrutura de uma fibra muscular Bl am b/ Sh ut te rs to ck Sarcômero músculo relaxado A cabeça de miosina se liga a região de actina A interação leva com que filamento grosso interaja com o filamento fino músculo contraído O anexo de ATP faz com que ocorra o deslocamento dos filamentos, gerando a contração Detalhe de um sarcômero mostrando filamentos finos e grossos e mecanismo de contração muscular. A região em que os filamentos grossos e finos se sobrepõem tem uma aparência densa, pois há pouco espaço entre os filamentos. Ela é muito importante para a contração muscular, pois é o local onde o Tecido muscular 87 movimento filamentar começa. Filamentos finos, ancorados em suas extremidades pelos discos Z, não se estendem completamente para a região central, que contém apenas filamentos grossos, ancorados em suas bases em um ponto chamado linha M (TORTORA; GRABOWSKI, 2017). 6.2.2 Relaxamento muscular Uma vez que o músculo se contrai, o espaço entre a placa motora e as fibras libera uma enzima chamada acetilcolinesterase (enzima que degrada a acetilcolina), que termina a corrente de ação de contração muscular. Isso faz com que o músculo pare de contrair e comece a relaxar. Quando o relaxamento começa, o músculo oposto contrai e puxa o músculo contratante original de volta ao lugar. Dessa forma, o relaxamento das fibras musculares, ou seja, do músculo esquelético, começa quando o neurônio motor deixa de liberar seu sinal químico, o neurotransmissor ACh, por meio de sinapse. A fibra muscular começa a se repolarizar, inibindo a liberação dos íons Ca++. Bombas celulares acionadas por ATP moverão o Ca++ do sarcoplasma de volta para o retículo sarcoplasmático. Assim, resulta no bloqueio de ligação dos filamentos finos com os filamentos grossos. Dessa forma, sem a capacidade de formar pontes cruzadas entre os filamentos finos e grossos, a fibra muscular perde sua tensão e relaxa (SILVERTHORN, 2003). Considerações finais Neste capítulo, foi possível entender as diferentes funções dos tecidos musculares. A maioria das pessoas imagina que o tecido muscular esquelético é apenas aquele visível no corpo de uma pessoa que pratica musculação. Porém, como foi abordado, as funções desses tecidos vão desde o cobrimento do tecido esquelético até a proteção dos órgãos vitais. O tecido cardíaco, presente no coração, é de grande importância para a manutenção e homeostasia dos batimentos 88 Fundamentos de citologia e histologia cardíacos, e o tecido muscular liso, presente em diversos sistemas, é necessário para auxiliar a eliminação de substâncias, como a urina. Dessa forma, podemos concluir que esse tecido é complexo e de grande necessidade ao corpo humano. Ampliando seus conhecimentos • MONTANARI, T. Histologia: texto, atlas e roteiro de aulas práticas. 3. ed. Porto Alegre: Ed. da autora, 2016. Disponível em: http://www.ufrgs.br/livrodehisto. Acesso em: 19 jun. 2019. Neste material, você terá um auxílio para se aprofundar nas diferentes estruturas musculares e poderá verificar que o tecido muscular esquelético trabalha em conjunto com o tecido conjuntivo, como o epimísio, perimísio e endomísio. Além disso, são mostradas imagens obtidas por meio de microscopia eletrônica dos diferentes tipos de tecido musculares. • FISIOLOGIA 3D. Contração muscular. 06/06/2017. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=qodZcGXrlvw. Acesso em: 14 jun. 2019. Neste vídeo, você compreenderá o mecanismo da contração muscular. Nele, são apresentados, de uma forma didática, elementos moleculares e proteicos da contração muscular e as principais características dos mecanismos fisiológicos que levam à contração do músculo esquelético estriado. • TEORIA da Medicina. Aula: neurofisiologia – sinapses – potencial de ação. 25/08/2013. Disponível em: https://www. youtube.com/watch?v=Bh1uGA9eO0Q. Acesso em: 19 jun. 2019. Para que ocorra a função muscular, ou seja, a sua contração, sinais elétricos e nervosos são transmitidos por meio do http://www.ufrgs.br/livrodehisto https://www.youtube.com/watch?v=qodZcGXrlvw https://www.youtube.com/watch?v=Bh1uGA9eO0Q https://www.youtube.com/watch?v=Bh1uGA9eO0Q Tecido muscular 89 potencial de ação e sinapses. Neste vídeo, você terá um entendimento mais aprofundado de como o sistema nervoso trabalha em conjunto com o sistema muscular, gerando uma resposta tanto para contração como para o relaxamento muscular. Vale a pena assistir! • BRANCALHÃO, R. M. C.; RIBEIRO, L. F. C.; LIMA, B.; KUNZ, R. I.; CAVÉQUIA, M. C. Histologia: tecido muscular. Programa Microscópio Virtual, 2016. Disponível em: http://projetos.unioeste.br/projetos/microscopio/index. php?option=com_phocagallery&view=category&id=11:teci do-muscular&Itemid=139. Acesso em: 14 jun. 2019. No Programa Microscópio Virtual, você encontrará um atlas histológico virtual, no qual poderá visualizar os diferentes tipos do tecido muscular. Neste material, as imagens são apresentadas em aumentos progressivos, de forma a simular uma visualização no microscópio de luz. Atividades 1. Por que a elasticidade é uma importante qualidade do tecido muscular? 2. Como as contrações musculares seriam afetadas se a energia (ATP) estivesse completamente esgotada em uma fibra muscular? 3. Quais são as cinco funções primárias do músculo esquelético? http://projetos.unioeste.br/projetos/microscopio/index.php?option=com_phocagallery&view=category&id=11:tecido-muscular&Itemid=139 http://projetos.unioeste.br/projetos/microscopio/index.php?option=com_phocagallery&view=category&id=11:tecido-muscular&Itemid=139 http://projetos.unioeste.br/projetos/microscopio/index.php?option=com_phocagallery&view=category&id=11:tecido-muscular&Itemid=139 90 Fundamentos de citologia e histologia Referências ESSAYS UK. Cardiac muscle structure and function. 2018. Disponível em: https://www.ukessays.com/essays/biology/shape-and-function-of-cardiac- muscle-biology-essay.php. Acesso em: 13 jun. 2019.HALL, J. E.; GUYTON, A. C. Guyton & Hall tratado de fisiologia médica. 13. ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2017. HERNÁNDEZ-OCHOA, O.; SCHNEIDER, M. F. Voltage sensing mechanism in skeletal muscle excitation-contraction coupling: coming of age or midlife crisis? Skeletal Muscle, v. 8, p. 22-27, 2018. JUNQUEIRA, L. C.; CARNEIRO, J. Histologia básica: texto e atlas. 13. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2017. MAURER, M. H. Fisiologia humana ilustrada. 2. ed. São Paulo: Manole, 2014. ROSS, M. H.; PAWLINA, W. Histologia: texto e atlas em correlação com a biologia celular e molecular. 6. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2012. SILVERTHORN, D. U. Fisiologia humana: uma abordagem integrada. 2. ed. Porto Alegre: Manole, 2003. SILVERTHORN, D. U.; PAGNUSSAT, A. S. Fisiologia humana. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2010. TORTORA, G. J.; GRABOWSKI, S. R. Corpo humano: fundamentos de anatomia e fisiologia. 8. ed. Porto Alegre: Artmed, 2012. 7 Tecido nervoso O sistema nervoso é uma junção de órgãos muito complexos. “Se o cérebro humano fosse simples o suficiente para entendê-lo, seria muito mais fácil para nos entendermos1” (KRAMER, 1997), ou seja, seríamos capazes de compreender mais facilmente muitas funções biológicas, fisiológicas e psicológicas humanas. É um enigma interessante considerar que a capacidade do sistema nervoso pode ser muito complexa para nós. No entanto, nosso nível atual de compreensão provavelmente não chega nem perto do que esse sistema pode realmente nos proporcionar. O foco deste capítulo é o estudo do tecido nervoso neural, sua estrutura e função. 7.1 Características gerais e funções do tecido nervoso Quando você pensa no sistema digestório, por exemplo, vem à sua mente diferentes órgãos que o compõem, como o estômago, o esôfago, o intestino, o fígado. Em comparação, quando falamos em sistema nervoso, provavelmente você logo pensará no cérebro: o tecido nervoso contido no crânio. Entretanto, você pode nem pensar na medula espinhal – a extensão do tecido nervoso dentro da coluna vertebral – como um órgão desse sistema tão complexo. O cérebro contém muitas regiões diferentes e separadas, as quais são responsáveis por funções distintas. É como se o sistema nervoso fosse composto por muitos órgãos que parecessem 1 “If the human brain were simple enough for us to understand, we would be too simple to understand it.” Vídeo 92 Fundamentos de citologia e histologia semelhantes e só pudessem ser diferenciados usando ferramentas como o microscópio ou a imagenologia. Figura 1 – Silhueta do corpo humano e sistema nervoso m et am or w or ks /S hu tte rs to ck Cérebro Medula espinhal Sistema nervoso periférico Si ste m a n er vo so ce nt ra l O sistema nervoso central é composto pelo cérebro e pela medula espinhal. Já o sistema nervoso periférico corresponde à parte do sistema presente nas demais áreas do corpo humano. Tecido nervoso 93 O sistema nervoso pode ser dividido em duas grandes regiões: o sistema nervoso central e o periférico. O sistema nervoso central (SNC) corresponde ao cérebro e à medula espinhal, e o sistema nervoso periférico (SNP) é todo o restante. O sistema nervoso periférico é assim chamado porque está na periferia em relação ao central. Dependendo dos diferentes aspectos do sistema nervoso, como sua localidade e interação com diferentes órgãos no corpo humano, a linha divisória entre central e periférica não é necessariamente universal (ADELMAN, 2010; BEAR et al., 2017). Esse sistema também é dividido com base em suas funções, mas as divisões anatômicas e as divisões funcionais são distintas. O problema em tentar encaixar diferenças funcionais em divisões anatômicas é que, às vezes, a mesma estrutura pode fazer parte de várias funções. Por exemplo, o nervo ocular transporta sinais da retina, que são usados para a percepção consciente de estímulos visuais que ocorrem no córtex cerebral (abrir ou fechar o olho devido aos raios solares) ou para as respostas reflexas do tecido muscular liso, que são processadas por meio do hipotálamo (ao visualizar uma comida suculenta, ocorre o estímulo das glândulas salivares, participantes do sistema digestório). Existem duas maneiras de considerar como o sistema nervoso é dividido funcionalmente. A primeira é devido às funções básicas do sistema nervoso: sensação, integração e resposta. A segunda se refere ao controle do corpo, que pode ser somático ou autonômico, ou seja, essas divisões são amplamente definidas pelas estruturas envolvidas na resposta. Há também uma região do sistema nervoso periférico que é chamada 94 Fundamentos de citologia e histologia de sistema nervoso entérico, responsável por um conjunto específico de ações relacionadas às funções gastrointestinais (TORTORA; GRABOWSKI; 2012; BEAR, 2017). Figura 2 – Medula espinhal e reflexos: cabeça humana, rosto e cérebro em estilo simples Al ex ey F et is ov /S hu tte rs to ck Os sinais recebidos do meio externo geram uma resposta de acordo com o sistema nervoso acionado. Receptor Cérebro Medula espinhal As informações recebidas do ambiente ao nosso redor por meio de sensações geram respostas motoras a essa informação. O sistema nervoso pode ser dividido em regiões responsáveis pela sensação – funções sensoriais – e pela resposta – funções motoras –, mas há uma terceira função que precisa ser incluída. Algumas regiões do sistema nervoso são denominadas áreas de integração/ associação. Integração são as memórias, aprendizado e emoção, para produzir uma resposta (RADANOVIC, 2015). Como mencionado, a primeira função do sistema nervoso é a sensação, ou seja, receber informações sobre o ambiente para obter conhecimento do que está acontecendo fora do corpo, ou, às vezes, dentro dele. Os sentidos em que mais pensamos são: sabor, olfato, tato, visão e audição. Na verdade, existem mais sentidos do que esses, mas essa lista representa os principais (KANDEL et al., 2014). Esses cinco são Tecido nervoso 95 todos os sentidos que recebem estímulos do ambiente exterior e dos quais há percepção consciente. Após as sensações recebidas, o sistema nervoso produz uma resposta. Por exemplo, ao entrar em contato com algo super quente, o movimento dos músculos da mão, como resposta a esse estímulo, fará com que você retire a mão dessa estrutura imediatamente. O sistema nervoso pode causar a contração de todos os três tipos de tecido muscular, como ocorre no músculo cardíaco, influenciado à medida que a frequência cardíaca aumenta durante o exercício físico. Assim, as respostas podem ser divididas entre aquelas que são voluntárias e aquelas que são involuntárias. A primeira é governada pelo sistema nervoso somático e a segunda é governada pelo sistema nervoso autônomo (TORTORA; GRABOWSKI; 2012; BEAR, 2017). O estímulo recebido por estruturas sensoriais e que é comunicado ao sistema nervoso, onde essa informação é processada, é chamado de integração. Esses estímulos se integram a outros estímulos, como as memórias de estímulos anteriores ou ao estado de uma pessoa em um determinado momento. Isso leva à resposta específica que será gerada, não dependendo apenas do que foi obtido por meio de sensações externas (TORTORA; GRABOWSKI, 2012; RADANOVIC, 2015). Com base em uma diferença funcional nas respostas, o sistema nervoso pode ser dividido em duas partes: em sistema nervoso somático (SNS) e sistema nervoso autônomo (SNA). O SNS é responsável pela percepção consciente e respostas motoras voluntárias. Algumas respostas motoras somáticas são reflexos e geralmente acontecem sem uma decisão consciente de realizá-las, já o SNA é responsável pelo controle involuntário do corpo, geralmente por causa da homeostase. O papel do sistema autonômico é regular os sistemas orgânicos do corpo, como o controle das glândulas sudoríparas: quando você está quente, a transpiração ajuda a resfriar seu corpo, mantendo o equilíbrio da temperaturacorporal. 96 Fundamentos de citologia e histologia Há outra divisão do sistema nervoso que descreve respostas funcionais: o sistema nervoso entérico (SNE). Ele é responsável por controlar o músculo liso e o tecido glandular do sistema digestivo e não depende do sistema nervoso central. Entretanto, pode-se considerar o SNE como parte do sistema autônomo, porque as estruturas neurais que o compõem são um componente da produção autonômica que regula a digestão (TORTORA; GRABOWSKI, 2012; GIROTTI et al., 2013; FRAUCHES et al., 2016). É de grande importância entender que o único órgão que tem influência sobre o cérebro, ou seja, no SNC, é o intestino. 7.1.1 Tipos celulares O tecido nervoso, presente no SNC e no SNP, possui dois tipos celulares: os neurônios e as células da glia – células que fornecem uma estrutura ao tecido que suporta os neurônios e suas atividades. O neurônio é o mais importante dos dois tipos celulares em termos da função comunicativa desse sistema e será descrito na próxima sessão. Primeiramente, falaremos um pouco sobre a célula da glia. Figura 3 – Neurônio e tipos de células da glia De si gn ua /S hu tte rs to ck Neurônio Astrócito MicrogliaOligodentrócito Morfologia dos neurônios e dos diferentes tipos de glia: astrócito, microglia e oligodentrócito. Tecido nervoso 97 Células gliais, ou neuroglias, ou apenas glias, são consideradas células de suporte e muitas das suas funções são direcionadas a ajudar os neurônios a completarem sua função de comunicação. Atualmente, a pesquisa sobre o tecido nervoso mostrou que há muitos papéis mais complexos que essas células desempenham, e no futuro é possível que os pesquisadores descubram muito mais sobre elas (BEAR et al., 2017). As glias presentes no SNC são denominados astrócitos. São assim chamadas porque se parecem com a forma de estrela sob o microscópio. Essas células dão apoio aos neurônios presentes no SNC, mantendo a concentração de substâncias químicas no espaço extracelular, removendo o excesso de moléculas sinalizadoras, reagindo ao dano tecidual e contribuindo para a barreira hematoencefálica (BHE). BHE é uma barreira fisiológica que impede que muitas substâncias que circulam pelo corpo entrem no SNC, restringindo o que pode atravessar a circulação do sangue para o SNC. Algumas dessas moléculas podem passar, como a glicose, porém, isso realmente causa problemas com a entrega de certos medicamentos ao SNC, impedindo alguns tratamentos para doenças do SNC (RADANOVIC, 2015). A maioria das substâncias que atravessam a parede de um vaso sanguíneo para o SNC o faz através do transporte ativo. A glicose, como é a principal fonte de energia, é permitida, assim como os aminoácidos, água, alguns tipos de gases e íons. O restante não é permitido, como as células brancas sanguíneas, as principais linhas de defesa do corpo. Embora a BHE proteja o SNC da exposição a substâncias tóxicas ou patogênicas, também impede que as células brancas protejam o cérebro e a medula espinhal contra doenças e danos (ADELMAN, 2010; JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2017). Também encontrado no tecido do SNC está o oligodendrócito, tipo de célula glial que isola os axônios no SNC, ou seja, são responsáveis pela formação e manutenção das bainhas de mielina 98 Fundamentos de citologia e histologia dos axônios. Essa mesma função ocorre pelas células de Schwann no SNP. A mielina é uma bainha rica em lipídios que envolve o axônio e, ao fazê-lo, cria uma bainha de mielina que facilita a transmissão de sinais elétricos ao longo do axônio. Já a microglia, como o próprio nome indica, são menores que a maioria das outras células da glia. Sua função está relacionada ao que os macrófagos fazem no resto do corpo. Quando os macrófagos encontram células doentes ou danificadas no resto do corpo, elas ingerem e digerem essas células ou os patógenos que causam doenças, sendo denominadas células de defesa. Portanto, também são referidas como macrófagos residentes no SNC (BEAR et al., 2017). 7.2 Morfologia do neurônio e transmissão do impulso nervoso Para descrever as divisões funcionais do sistema nervoso, é importante entender a estrutura de um neurônio. As estruturas neurais são divididas em corpo celular, onde se encontra o núcleo celular, dendritos e axônios. Observando o tecido nervoso, existem regiões que predominantemente contêm corpos celulares e regiões que são, em grande parte, compostas apenas por axônios. Essas duas regiões dentro das estruturas do sistema nervoso são frequentemente referidas. A região com muitos corpos celulares e dendritos é denominada substância cinzenta; já a região com muitos axônios é denominada substância branca. A matéria cinzenta não é necessariamente cinza, pois pode ser rosada devido ao conteúdo sanguíneo, mas a substância branca tem essa cor porque os axônios são isolados por uma substância rica em lipídios chamada mielina. Na realidade, a massa cinzenta pode ter essa cor atribuída a ela porque, ao lado da matéria branca, é apenas mais escura, assim denominada como cinza (KANDEL et al., 2014; RADANOVIC et al., 2015). Vídeo Tecido nervoso 99 Figura 4 – Anatomia de um neurônio Sh ad eD es ig n/ Sh ut te rs to ck Axônio terminal Axônio Sinapse Mielina Célula de Schwann Corpo celular Núcleo D en dr itos Os neurônios basicamente são divididos em: corpo celular, dendritos e axônios. O corpo celular contém o núcleo e a maioria das principais organelas, mas eles têm muitas extensões de suas membranas celulares, chamadas de processos. Os neurônios possuem uma fibra que emerge do corpo celular e se projeta para as células- -alvo, denominadas axônio. Este pode se ramificar repetidamente para se comunicar com muitas células-alvo por meio do impulso nervoso. Os outros processos do neurônio são os dendritos, que recebem informações de outros neurônios em áreas especializadas de contato, chamadas sinapses. A informação flui através de um neurônio a partir dos dendritos, através do corpo celular e abaixo 100 Fundamentos de citologia e histologia do axônio. Isso dá ao neurônio uma polaridade, o que significa que a informação flui nessa direção (TORTORA; GRABOWSKI, 2012). Muitos axônios são envolvidos por uma substância isolante chamada mielina, que é, na verdade, feita de células gliais. A mielina age como um isolamento muito parecido com a borracha, usada para isolar os fios elétricos. O nó de Ranvier é composto de regiões descobertas pela mielina e é importante para o modo como os sinais elétricos viajam pelo axônio. No final do axônio está o seu terminal, onde geralmente há vários ramos que se estendem em direção à célula-alvo, cada um dos quais termina em um alargamento chamado bulbo sináptico. Esses bulbos fazem a conexão dos neurônios com as células-alvo. Existem trilhões de neurônios no sistema nervoso de um indivíduo, assim como existem tipos diferentes de neurônios. Eles são classificados por critérios diferentes. Um é pelo número de processos anexados ao corpo da célula, seja axônios ou dendritos. O segundo é como a informação flui dos dendritos ou corpos celulares em direção ao axônio. Esses nomes são baseados na polaridade do neurônio (TORTORA; GRABOWSKI, 2012; RADANOVIC, 2015). Figura 5 – Estruturas dos neurônios Li la R ay m on d/ Sh ut te rs to ck Multipolar (Continua) Tecido nervoso 101 Bipolar Tipos de neurônios: unipolar, bipolar e multipolar. Unipolar As células unipolares verdadeiras são encontradas apenas em animais invertebrados, de modo que as células unipolares em humanos são mais apropriadamente chamadas de células “pseudo- -unipolares”. As células unipolares humanas são exclusivamente neurônios sensoriais, logo, têm um axônio que emerge do corpo celular, mas se divide de modo que o axônio possa se estender ao longo de uma distância. Em uma extremidade do axônio estão os dendritos e, na outra extremidade, o axônio forma conexões sinápticas com um alvo. As células bipolarestêm dois processos, que se estendem a partir de cada extremidade do corpo celular, opostos um ao outro. Um é o axônio e outro o dendrito. As células bipolares não são muito comuns, elas são encontradas principalmente no epitélio olfatório, onde os estímulos olfativos são detectados, e parte da retina. Neurônios multipolares têm um axônio e dois ou mais dendritos, geralmente muito mais. Estes estão em maior número no sistema nervoso e são os mais representados em estudos anatômicos de um neurônio. Seria um neurônio convencional. 102 Fundamentos de citologia e histologia Considerações finais Tendo examinado os componentes e a anatomia básica do sistema nervoso, podemos compreender como o tecido nervoso é capaz de se comunicar dentro do sistema nervoso. Assim, temos um complexo entendimento da importância desse sistema no controle e manutenção do organismo. Cabe lembrar que muitos estudos estão em andamento e podemos considerar que possuímos ainda pouco conhecimento a respeito do SNC. Porém, o que temos em mãos nos permite entender sua funcionalidade e importância, não só individual como em conjunto com outros sistemas do corpo humano. Ampliando seus conhecimentos • REINECKE, N. Sistema nervoso : introdução. 18/02/2017. Disponível em: https://www.youtube.com/ watch?v=_0juQEk4sKg. Acesso em: 24 jun. 2019. Vale a pena conferir esse vídeo, que traz uma breve introdução das funções e classificações do sistema nervoso, tanto central como periférico, além de abordar a resposta de outros tecidos, devido ao estímulo recebido do sistema nervoso. • RIBEIRO, L. F. C.; QUADROS, Â. A. G. de; LIMA, B.; BRANCALHÃO, R. M. C.; KUNZ, R. I. Tecido nervoso. Microscópio Virtual. 2016. Disponível em: http://projetos. unioeste.br/projetos/microscopio/index.php?option=com_ phocagallery&view=category&id=23&Itemid=54. Acesso em: 24 jun. 2019. No Programa Microscópio Virtual, você encontrará um atlas histológico virtual, no qual poderá visualizar os diferentes tipos do tecido nervoso. Neste material, as imagens são https://www.youtube.com/watch?v=_0juQEk4sKg https://www.youtube.com/watch?v=_0juQEk4sKg http://projetos.unioeste.br/projetos/microscopio/index.php?option=com_phocagallery&view=category&id=23&Itemid=54 http://projetos.unioeste.br/projetos/microscopio/index.php?option=com_phocagallery&view=category&id=23&Itemid=54 http://projetos.unioeste.br/projetos/microscopio/index.php?option=com_phocagallery&view=category&id=23&Itemid=54 Tecido nervoso 103 apresentadas em aumentos progressivos, de forma a simular uma visualização no microscópio de luz. Atividades 1. Quais respostas são geradas pelo sistema nervoso quando você corre em uma esteira? Inclua um exemplo de um tipo de tecido que está sob controle do sistema nervoso. 2. Ao comer alimentos, que divisões anatômicas e funcionais do sistema nervoso estão envolvidas na experiência perceptiva? 3. Qual tipo de neurônio, baseado em sua forma, é mais adequado para transmitir informações diretamente de um neurônio para outro? Explique por quê. Referências ADELMAN, G. The Neurosciences Research Program at MIT and the beginning of the modern field of neuroscience. Journal of History of Neurosciences, v. 19, p. 15-23, 2010. BEAR, M. F.; CONNORS, B. W.; PARADISO, M. A. Neurociências: desvendando o sistema nervoso. 4. ed. São Paulo: Artmed, 2017. FRAUCHES, A.; MIZUNO, M. S.; COELHO, J.; TAVARES, A. L.; SALETTI, R.; GOTIFRIED, C.; CASTELUCCI, P.; MOURA NETO, V. O sistema nervoso entérico. In: ORIÁ, R. B.; BRITO, G. A. C. (org.). Sistema digestório: integração básico-clínica. São Paulo: Blucher, 2016. p. 315-334. GIROTTI, P. A.; MISAWA, R.; PALOMBIT, K.; MENDES, C. E.; CASTELUCCI, P. Differential effects of undernourishment on the differentiation and maturation of rat enteric neurons. Cell and Tissue Research, v. 353, n. 8, p. 367-380, 2013. JUNQUEIRA, L. C.; CARNEIRO, J. Histologia básica: texto e atlas. 13. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2017. 104 Fundamentos de citologia e histologia KANDEL, E. R.; SCHWARTZ, J. H.; JESSELL, T. M.; SIEGELBAUM, S. A. Princípios da neurociência. 5. ed. São Paulo: Manole, 2014. KRAMER, P. D. Listening to Prozac: the landmark book about antidepressants and the remaking of the self. London: Penguin Books, 1997. RADANOVIC, M. Neurofisiologia básica para profissionais da área da saúde. Rio de Janeiro: Atheneu, 2015. TORTORA, G. J.; GRABOWSKI, S. R. Corpo humano: fundamentos de anatomia e fisiologia. 8. ed. Porto Alegre: Artmed, 2012. Gabarito 1 Principais constituintes da célula 1. As células eucariotas diferem das células procariotas devido à sua membrana nuclear denominada carioteca. Essa estrutura envolve o núcleo, no qual está o seu material genético. Já as células procariotas são desprovidas dessas estruturas, possuindo seu material genético disperso no citoplasma. 2. A permeabilidade seletiva da membra é a capacidade de entrada e saída de substâncias, íons e/ou diferentes estruturas químicas dentro da célula. Essa permeabilidade pode ser por meio do transporte passivo ou pelo transporte ativo. O transporte passivo é dividido em difusão simples, difusão facilitada e osmose, nos quais não há gasto de energia. O transporte ativo se dá por meio de gasto de energia (ATP) e pode ser caracterizado, como, por exemplo, a bomba de sódio e potássio. 3. O microscópio tem a função de aumento de imagem, mas para isso é necessário a manipulação do botão macro e micrométrico. O macrométrico focaliza de forma mais ampla, já no micrométrico a focalização ocorre de forma menor, favorecendo uma diferenciação das estruturas celulares. 2 Divisão de trabalho entre as células e sua diferenciação 1. Quando ficamos expostos ao sol por muito tempo e ocorre o processo de descamação, as células descascadas nada mais são do que células mortas. Então, a mitose repara, colocando novas células no lugar. Outro exemplo é o crescimento do 106 Fundamentos de citologia e histologia cabelo, da nossa unha: mesmo cortando-os, com o passar do tempo vão crescendo e se renovando. 2. Dentro da medula óssea, todas as células sanguíneas se originam de um mesmo tipo de célula não especializada, denominada célula-tronco. Quando uma célula-tronco se divide, ela se torna primeiro um glóbulo vermelho imaturo. As células imaturas, então, se subdividem e amadurecem, convertendo- -se, por fim, em glóbulos vermelhos maduros. A velocidade da produção das células sanguíneas é controlada em função das necessidades do corpo. As células sanguíneas normais duram um tempo limitado, os glóbulos vermelhos duram em média 120 dias e devem ser constantemente substituídas. 3. As células das guelras, barbatanas e cauda do girino morrem por apoptose e são absorvidas conforme o girino amadurece. As matérias-primas dessas células dissimuladas tornam-se materiais de construção e alimento para seus novos membros em crescimento. 3 Nutrição e respiração celular 1. A endocitose é um processo de obtenção de nutrientes e/ou partículas para a célula, que ocorre por meio da formação de vesículas. Essas vesículas são chamadas endossomos, que são invaginações por meio da membrana plasmática, as quais, após englobar as partículas externas, se fecham e ficam livres no citoplasma celular. Esse processo de englobamento pode ocorrer de três formas: por fagocitose, quando acontece a obtenção de partículas maiores e sólidas como algumas macromoléculas, bactérias e outros microrganismos; por endocitose mediada, na qual a fagocitose funciona com a ligação de algumas proteínas Gabarito 107 receptoras específicas presentes na membrana plasmática; e pela pinocitose, que é o englobamento de partículas líquidas, como a água. 2. Uma célula, ao eliminar um componente que não seja necessário para ela, utiliza o processo de clasmocitose. Nesse processo, o material indesejado, por meio de uma vesícula citoplasmática, se desloca até a periferia da célula, tocando a membrana plasmática. A membrana,então, se modificará para que ocorra a expulsão desse material. 3. Um paciente anêmico possui uma menor concentração de hemoglobina em suas células sanguíneas. Sabe-se que, para o oxigênio, a hemoglobina é um importante carreador para o fornecimento periférico efetivo tecidual. Dessa forma, um indivíduo anêmico apresentará cansaço, fadiga e sono, sintomas causados pela má oxigenação tecidual. 4 Tecido epitelial 1. Caso nossa pele externa, por exemplo, fosse bem irrigada por meio de vasos sanguíneos, qualquer machucado, como um corte superficial, levaria à liberação sanguínea. Isso poderia levar a uma hemorragia, já que estamos constantemente expostos a esses pequenos machucados. 2. Devido à célula delgada que compõe esse tecido, a presença de tecido epitelial escamoso simples favorece as trocas gasosas dos alvéolos pulmonares, em que os gases advindos da respiração celular serão eliminados através da difusão entre os tecidos dos vasos sanguíneos e os tecidos dos alvéolos pulmonares, assim, como a obtenção do oxigênio por meio do processo respiratório. 108 Fundamentos de citologia e histologia 3. Toda união entre as células precisa dos quatro componentes básicos para junção celular. A zônula de oclusão, localizada na porção apical das células epiteliais, é formada por proteínas integrais da membrana plasmática que se ligam ao cinturão adesivo das células vizinhas, impedindo a passagem de moléculas entre elas. A zônula de adesão, localizada abaixo da zônula de oclusão, tem como função aumentar a adesão intercelular. Os desmossomos podem ser comparados a um botão de pressão. São responsáveis por conferir maior adesão celular e resistência a junções comunicantes, que interconectam células epiteliais, permitindo a troca de moléculas por meio dos poros que constituem. 5 Tecido conjuntivo 1. O sangue é um tecido conjuntivo fluido, que possui uma variedade de células especializadas que circulam em um fluido aquoso contendo sais, nutrientes e proteínas dissolvidas em uma matriz extracelular líquida. O sangue contém elementos formados na medula óssea. Eritrócitos ou glóbulos vermelhos transportam os gases oxigênio e dióxido de carbono. Os leucócitos ou glóbulos brancos são responsáveis pela defesa do organismo contra microrganismos ou moléculas potencialmente prejudiciais. As plaquetas são fragmentos celulares envolvidos na coagulação sanguínea. Algumas células têm a capacidade de atravessar a camada endotelial que reveste os vasos e penetra nos tecidos adjacentes. Nutrientes, sais e resíduos são dissolvidos na matriz líquida e transportados pelo corpo. 2. Uma camada de tecido conjuntivo irregular e denso cobre a cartilagem. As lesões da cartilagem cicatrizam muito lentamente, já que as células e os nutrientes necessários para Gabarito 109 o reparo se difundem lentamente para o local da lesão, pois nenhum vaso sanguíneo está presente no tecido cartilaginoso. 3. Se a cartilagem articular no final dos ossos se deteriorasse, como acontece na osteoartrite, ocorreria dor nas articulações e limitação de movimento, porque não haveria cartilagem para reduzir o atrito entre os ossos adjacentes e não haveria cartilagem para agir como um amortecedor. 6 Tecido muscular 1. Porque permite que o músculo retorne ao seu comprimento original durante o relaxamento, após a contração. Assim, auxilia os movimentos exercidos pelos membros do corpo, por exemplo. 2. Sem energia (ATP), as cabeças de miosina não se separam dos locais de ligação com a actina. Todas essas pontes cruzadas “presas” resultam em rigidez muscular. Em uma pessoa viva, isso pode causar uma condição como as cãibras. Em uma pessoa recentemente morta, isso resulta em rigor mortis, ou seja, rigidez crônica da musculatura. 3. Além de proporcionar movimento ao esqueleto, o tecido muscular esquelético mantém a postura e a posição do corpo, auxilia, como apoio, os tecidos moles, os tendões e ligamentos, circunda as aberturas dos tratos digestivo, urinário e outros, auxiliando na digestão e eliminação das fezes e urina, e mantém a temperatura corporal, juntamente com o tecido adiposo. 110 Fundamentos de citologia e histologia 7 Tecido nervoso 1. Ao correr em uma esteira, não há somente o envolvimento da contração dos músculos esqueléticos nas pernas, mas também o aumento da contração do músculo cardíaco do coração e a produção e secreção de suor na pele para controlar a temperatura corporal. 2. A sensação de sabor associada à alimentação é sentida pelos nervos da periferia envolvidos em funções sensoriais e somáticas, presentes na região oral. 3. As células bipolares, por possuírem um dendrito que recebe entrada e um axônio que fornece saída, seriam um sistema direto entre duas outras células. FUNDAMENTOS DE CITOLOGIA E HISTOLOGIA Fundação Biblioteca Nacional ISBN 978-85-387-6511-0 9 7 8 8 5 3 8 7 6 5 1 1 0 Código Logístico 58764 Hadassa C. A. S. Santos FUNDAMENTOS DE CITOLOGIA E HISTOLOGIA Hadassa C. A. S. Santos Página em branco Página em branco