Estrutura e Função da Membrana Celular

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Diálise
. ORGANIZAÇÃO ESTRUTURAL DA MEMBRANA
A membrana celular é uma camada com apenas 7,5 a 10 nm de espessura, constituída por
Iípidos intercalados com proteínas que define os limites de cada célula. Funciona como uma
barreira de permeabilidade que permite à célula manter um meio químico apropriado para os
seus processos metabólicos, regular o volume citoplasmático e transferir informação sob a
forma de sinais químicos e eléctricos. As membranas que revestem os vários organelos
(núcleo, rmtocôndria, retículo endoplasmático, Iisossomas e aparelho de Golgi) permitem a
compartimentalização funcional da célula, com possibilidade de limitar processos bioquímicas
a certos locais.
Apesar das particularidades individuais, todas as membranas biológicas são formadas por urna
dupla camada fosfolípidica e por proteínas unidas por ligações covalentes e que se comportam
segundo o Modelo , Mosaico Fluído, A maioria dos lípidos e das proteínas movem-se
livremente no plano da membrana, Em alguns casos, há restrição deste movimento de forma
a permitir à célula a realização de algumas funções em partes selectivas da sua membrana É o
caso da sequestração de receptores de acetilcolina ao nível da placa rnotora das céluías
musculares esquelétícas. Os principais lípidos presentes na membrana celular são os
fosfolípidos, o colesterol e os glícolípidos. A sua distribuição pelas duas camadas é assimétrica,
o que pode reftectir as diferentes funções das duas superfícies da membrana,
Os fosfolípidos são moléculas antipáticas e dispõem-se em bicamada com a porção hidrófoba
não polar (caudas de ácidos gordos) dirigida para o centro da membrana e com a porção
hidrofílica polar (cabeça com terminal fosfato) direccionada para o exterior ou interior da
célula. Os fosfolípidos mais abundantes são os fosfolfpidos ligados à colina {fosfatidilcolina e
esfingomielina] e os arninofosfotipidos (fosfatidilserina e fosfatidiletanolamina). O
fosfatidilglicercl, o fosfatidilinositol e a cardíolipina são também importantes mas estão
presentes em menores quantidades. Os fosfolípidos que a constituem podem-se mover
rapidamente na sua monocamada por difusão lateral, rotação e flexão. Os movimentos de flip-
flop entre as duas camadas são um fenómeno raro. O colesterol interpõe-se na bicamada
fosfolipídica com o seu núcleo esteróide disposto paralelamente às cadeias de ácidos gordos.
Actua no sentido de reduzir a fluidez membranar a temperaturas fisiológicas ou de a aumentar
face a descidas de temperatura, funcionando como um 'tampão de fluidez. Contribui para o
grau de permeabi!idade da bicamada fosfolipídica dos .fluldos corporais. Enquanto que a
bicamada iipídica determina a estrutura básica das membranas biológicas, as proteínas são
responsáveis pela maioria das funções da membrana celular. As proteínas membranares
dividem-se, com base na força de interacção com os fosfolípidesfem intrínsecas e extrínsecas.
As proteínas extrínsecas ou periféricas ligam-se às superfícies interna ou externa por forças
electrostátícas e podem ser removidas por procedimentos químicos fracos (ex.: alterações na
composição iénica do meio). As proteínas intrínsecas ou integrais interactuam com os llpidos
rnernbranares por ligações hidrófobas e só detergentes potentes ou solventes orgânicos as
removem. Os seus domínios hidrófobos têm uma estrutura secundária a-helicoidal e os
·'
domínios hidrofilicos estendem-se para o citoplasma ou para o fluído extracehrlar. Ta! como os
lipidos, muitas proteínas podem difundir-se rapidamente no plano da membrana. As proteínas
membranares podem classificar-se, funcionalmente, em seis categorias. Os Receptores estão
envolvidos na conversão de sinais químicos extracelulares em respostas intracelulares [ex.:
receptor da acetilcolina). As Proteínas de Reconhecimento funcionam como marcadores,
permitindo que o sistema imune distinga as células normais de células cancerígenas e células
do próprio de células estranhas (ex.: antigénios de histocompatibilidade MHC). As Proteínas de
Transporte conferem permeabilidade a solutos polares específicos e a iões. Algumas
funcionam também como receptores que respondem a alterações na permeabilidade dos
solutos (ex.: bomba de sódio e potássio, canal de sódio). As Proteínas de Junção permitem a
adesão entre células adjacentes ou à matriz extracelular (ex.: integrinas). No caso das junções
do hiato, permitem também a comunicação entre o citoplasma das células. As Enzimas
catalisam reações específicas de substratos no fluído intra e extracelular (ex.:
Acetilcolinesterase). A ancoragem ao Citosqueleto permite que o citosqueleto altere a forma
da célula e que certas proteínas fiquem restritas a certos locais (ex.: Anqulrína].
Os carbohidratos ligam-se predominantemente à superfície externa das proteínas
.. mernbranares e c!<?slípi~os/_formando_a~glic()jJroteínase ()s~lic()líllid()S, re~llecti\~al'T!~nte. A
camada resultante de carbohidratos na superfície membranar externa constitui o glicocálice,
que desempenha importantes funções. Alguns glicolípidos e glicoproteínas têm ácido siálico
que confere uma carga negativa à célula, permitindo-lhe repelir substâncias carregadas
negativamente; participa na adesão entre células eem reacções imunes e algumas funcionam
como receptores para ligação de hormonas como é o caso da Insulina. A composição relativa
de unia membrana celular é cerca de 55% em proteínas, 25 % em fosfolípidos, Yo em
colesterol, 4% em outros lípidos e 3% em carbohidratos. A membrana celularm, possibilita
diferentes nposições iónicas entre os fluídos intra e extracelular: elevada concentração de
sódio e c1oreto no fluído celular e de potássio e fosfatos no fluído intracelular.
. MECANISMOS DETRANSPORTE MEMBRANAR
As moléculas lipofilicas sem carga podem atravessar a membrana pela bicamada fosfolipídica,
corno acontece com o oxigênio ou com o dióxido de carbono. As substâncias hidrofilicas
necessitam de proteínas especiais para poderem transpor a membrana. São exemplo a glicose
e os iões.
DIFUSÃO
Difusão é o movimento espacial e aleatório (movimento Browniano) de átomos, moléculas ou
partículas, determinado pela energia térmica da própria partícula. A liberdade de movimentos
é máxima em meio gasoso, diminui em meio líquido e é mínima em meio sólido, As moléculas
de água e de solutos em solução colidem continuamente e, porJsso, as suas trajetórias
tomam-se imprevisíveis. A difusão é um processo espontâneo que aumenta a desordem ou
entropia. Deste modo, o estado de equilíbrio de um sistema contendo moléculas com
movimento aleatório é aquele em que a desordern/entropia é máxima, a energia livre é
mínima e os solutos estão uniformemente distribuídos pelo sistema. Se existir um gradiente de
concentração no sistema, o movimento individual dos solutos causa um um movimento
orientado dos locais de maíor concentração para os de menor concentração até ser atingido
um estado de equilíbrio em que a distribuição de soluto é uniforme. Exemplificando: se
colocarmos açucar granulado num copo com água, numa primeira fase, a água à volta dos
grãos de açuçar dissolve-os mas estes permanecem no fundo do copo. Segue-se então um
grande fluxo (quantidade de partículas que atravessa uma superfície por unidade de tempo)
unidireccional de moléculas em dlrecção ao topo (onde a concentração de açúcar é baixa) e
um pequeno fluxo em direcção oposta. O fluxo resultante é a soma algébrica destes dois fluxos
unidireccionais. À medida que mais moléculas se aproximam do topo, menor é o gradiente. até
que se atinge o estado de equilíbrio em que as moléculas de glícose se movem igualmente em
todas as direções.
A Taxa de Difusão de uma substância entre dois pontos no espaço é determinada pela
velocidade individual das partículas, pelo gradiente de concentração e pelas dimensões da via
de difusão. A velocidade individual das partículas é expressa pelo Coeficiente de Difusão que
depende da temperatura (quanto maior a temperatura maior a velocidade das moléculas) e da
massa molecufar (quanto menor a massa,maior a velocidade}. As unidades são cm2/s.
As Dimensões da via de difusão incluem a área de secção e a distância. Quanto maior a área
deseção e menor a distância a percorrer, maior o fluxo. No pulmão e no intestino, onde a
difusão éimportante para a troca de substâncias entre os meios interno e externo, a área de
difusão é grande e a distância a percorrer pequena, A relação de Einstein mostra que o tempo
necessário para a difusão aumenta com o quadrado da distância a percorrer. Por exemplo, a
glicose demora 3,5 segundos a atingir 90% do equilíbrio de difusão num local que dista 111m
da fonte de glicose (como ocorre no sangue) más levaria 11anos a atingir a mesma
concentração num ponto a 10cm da fonte. A difusão é um meio de transporte rápido e eficaz
para curtas distâncias mas muito ineficaz para distâncias com mais de alguns microns. Devido à
lentidão da difusão para distâncias macroscópicas, os organismos multicefulares
desenvolveram sistemas circulatórios [ex: sangue, transporte axonal) que asseguram um
movimento rápido de partículas para longas distâncias. A difusão proporciona o movimento de
partículas entre células e sangue.
o Gradiente de Concentração deve ser interpretado como urna força química que conduz o
sistema em direção ao seu estado de equilíbrio. Deste modo, o movimento individual de
partículas não é afetado pelo gradiente de concentração.
A Lei de Fick para a difusão defme quantitativamente as relações entre estes três factores.
Postula que a quantidade de uma substância difundida por unidade de tempo num dado
momento, isto é, o fluxo de difusão (J) é proporcional ao coeficiente de difusão (O, cm2/s), à
área disponível de troca (A) e ao gradiente de concentração (AC) e inversamente proporcional
à distância a que ocorre a difusão (1) :
J = D*A*l'IC (moles/s)
Os mesmos princípios aplicam-se ao movimento de substâncias através das membranas
plasmáticas com uma diferença: a substituição, na lei de Fick, do coeficiente de difusão pelo
Coeficiente de Permeabilidade membranarIê, cm2/s), uma vez que a espessura da membrana
celular pode ser considerada uma constante:
.'
Diálise:
------
J = P*A*b.C
Para a maioria dos solutos, os coeficientes de penneabílidade são cerca de um milhão de vezes
inferiores aos coeficientes de difusão, Uma vez que a permeabi/idade é uma propriedade da
membrana, diferentes tipos de células têm diferentes constantes de permeabilidade para a
mesma substância, O principal factor limitante da difusão através de uma membrana celular é
a lipossolubi/idade da substância a transportar. Moléculas apoiares como o oxigênio, dióxido
de carbono, ácidos gordos e hormonas esteróides difundem rapidamente pela porção lipídica
da membrana. Moléculas polares de pequenas dimensões e sem carga, como a ureia e o
glicerol, atravessam a bicamada lipidica rapidamente, Moléculas polares ionizadas difundem
muito lentamente ou não atravessam a membrana pela sua parte lipídica. lões como o Na+, o
K+,o CI-e o Ca2+ difundem através da membrana plasmática muito mais rapidamente do que
seria previsível pela sua reduzida lipossolubilidade, o que se explica pela presença de canais
iónicos. Estes canais apresentam selectividade iónica, quer pelo diâmetro quer pela carga.
Moléculas polares com carga, como os carbohidratos eos aminoácidos, não podem atravessar
a membrana celular por difusão simples. Fazem-no por intermédio de proteínas
transportadoras.
Apesar das moléculas de água serem polares, o seu pequeno tamanho (0,3 nm de diâmetro),
permite- Ihes uma rápida difusão através das membranas celulares. A maioria das membranas
plasmáticas tem, no entanto, uma permeabilidade à água 10 vezes maior que uma membrana
lipídicaartificial. Esta constatação pode ser explicada pela presença das aquaporinas-
proteínas membranares que formam canais através dos quais se dá a
difusão da água.
Como Funcionam os Rins?
o Sangue entra nos rins através das artérias renais
Passa para os nefrónios que funcionam como milhares de filtros pequenissimos
Existe cerca de um milhão de nefrónios em cada rim
É nos rins que são filtrados do sangue. o excesso de água e os produtos tóxicos que se
formam no organismo.
O sangue "limpo" regressa à corrente sanguínea através das veias renais.
As toxinas excretadas e o excesso de líquidos acumulam-se na bexiga sob a forma de
urma
Quando J bexiga enche. a urina é eliminada doorga:njslil~ ..•.
Se os fins adoecem. reduz-se a sua capacidade deelimiriação das toxinas e da água que
se acumulam no organismo e surge J chamada Insuficiência Renal.
o QUE ÉA INSUFICIÊNCIA RENAL CRÓNICA?--------------------~-------
É D doença provocado pela diminuição progressiva da função renal. As causas desta
doença são várias: os rins doentes tornam incapazes de proceder ~ eliminação de certos
resíduos produzidos pelo nosso organismo. ficando assim perturbado o controlo da
composição dos líquidos que constituem \) interior cio corpo humano Assim que a
função renal se reduz 1ti a 15'\, do normal. não é- possível viver sem um tratamento de
substituição. isto é. a diálise ou J transplantação ren ...al. Diz-se. então. tratar-se de
insuficiência renal crónica terminal.
As Causas mais comuns da IRe
• Glomerulopatias
• Nefropatias diabéticas
• Nefropatias vasculares
• Nefropatias de causa urológica
• Nefropatias hereditárias
. • Nefropatias medicamentosas
Diálíse é o processo físico-químico pelo qual duas soluções (de concentrações
diferentes), são separadas por uma membrana semipermeável, após um certo tempo as
espécies passam pela membrana para igualar as concentrações. Na hemodiálise, a
transferência de massa ocorre entre O sangue e o líquido de diálise através de uma
membrana semipermeável artificial (o filtro de hemodiálise ou capilar). Já na diálise
peritoneal, a troca de solutos entre o sangue e a solução de diálise ocorre através do
peritônio.
o transporte de solutos no processo dialítico ocorre por três mecanismos:
•• Difusão: é o fluxo de soluto de acordo com o gradiente de concentração, sendo
transferida massa de um local de maior concentração para um de menor
concentração. Depende do peso molecular e características da membrana.
•• Ultrafiltração: é a remoção de líquido através de um gradiente de pressão
hidrostática (como ocorre na hemodiálise) ou pressão osmótica (diálise
. 1'\ ..,--
pentoneal). .'
e Convecção: é a perda de solutos durante a ultrafiltração. Durante a ultrafiltração
ocorre o arraste de solutos na mesma direção do fluxo de liquidas através da
membrana. .
A hemodiálise é um tratamento que consiste na remoção do liquido e
substâncias tóxicas do sangue como se fosse um rim artificial. É o processo de
filtragem e depuração de substâncias indesejáveis do sangue como a creatinina e
a uréia, A hemodiálise é uma terapia de substituição renal realizada em pacientes
portadores de insuficiência renal crônica ou aguda, já que nesses casos o
organismo não consegue eliminar tais substâncias devido à falência dos
mecanismos excretores renais.
Dialísato
A solução de diálise contém solutos (Na, K, bicarbonato, Ca, Mg, Cl, acetato, glicose,
pC02) que entram em equilíbrio- com o sangue durante o processo dialítico, mantendo
assim a concentração sérica desses solutos dentro dos limites normais.
É importante ressaltar que a água usada durante a diálise deve ser tratada e sua
qualidade rnonitorada regularmente. A presença de compostos orgânicos (bactérias) e
inorgânicos (AI, Flúor, Cloramina, etc.) podem causar sintomas durante a hemodiálíse
ou induzir alterações metabólicas importantes.
A máquina de hemodiálise mantém controle total sobre o dialisato, como nível de
condutividade e temperatura da solução, a fim de evitar possíveis complicações durante
o tratamento.
bomba de
heparina~!/rd'r ~>;.,,;::f"r- ·.n~
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fi "...---rr. --",.
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~~ .,.'•.•.,
'" O acesso vascular Ó uma pequena cirurgia feita por um cirurgião. unindo lH1D
artéria com uma veia.
Esta pequena cirurgia dura uns 30 a 45 minutos. com anestesia local. É
necessário que passem uns 10 a 15 dias. para que ti flstula (acesso vascular)
esteja preparado para ser utilizado na hemodiálise
• Hemodiálise: a solução de diálise passa pelo filtro, ocorrendo trocas de solutos
com o sangue por difusão, ultrafiltração e convecção. Nesse processo, a
quantidade de líquido removida é de 3 a 6 litros, levando de três a cinco horas'
em terapia convencional.
e Hemofãtração: não se usa a solução de diálise, ocorrendo somente a
ultrafiltração e convecção. Nesse caso, é utilizado dialisador de alto fluxo, ou
seja, bastante permeável à água. Sendo assim, o volume de líquido retirado do
paciente é de 30 a 50 litros por dia. Por esse motivo é infundida uma solução de
reposição a fim de compensar a variação de volume.
• Hemodíaflltração: é a combinação da hemodiálise e hemofiltração. Usa-se
solução de diálise e filtro de alto fluxo permitindo uma ultrafiltração de 30 a 50
litros por dia, com a necessidade de se utilizar solução de reposição.
DlÁUSE PER!TONEAL
A diálise peritoneal (DF), por promover retirada lenta e contínua de fluidos e menor
número de lesões hemodinâmicas, comparativamente à.hemodiálise, pode ser, do ponto
de vista teórico, uma alternativa mais adequada para tratar pacientes portadores de
doença renal crônica (DRC) avançada com concomitante insuficiência cardíaca
congestiva (ICe) e também pacientes com ICe refratária, mesmo sem grave disfunção
da função renal.
Membranas:
Características funcionais dos diaHsadores:
Para uma escolha correcta.idevem ser avaliados diversos parâmetros. Estes são
geralmente fornecidos pelo fabricante que efectuou os testes em condições
padronizadas.
Tipo de membrana
ÀS membranas separam dois meios, o sangue e a solução dialisante, ao mesmo
tempo que permite que entre eles se efectuem trocas. Estas não se fazem, no
entanto, aleatoriamente.
As membranas de diálise têm a capacidade de seleccíonar os elementos capazes
de as atravessar, permitindo a passagem das toxinas urémicas e impedindo que
se percam na solução dialisante elementos sanguíneos importantes, como sejam
os glóbulos e as proteínas.
As membranas deste tipo são denominadas selectívas ou semípermeáveis.
As características de uma membrana de diálíse dependem da sua composição
química e do seu método de fabrico. É desejável que as-características da
membrana se aproximem das atrás enunciadas parao "dialisador ideal".
É assim importante que a membrana seja arreactiva em relação aos elementos
sanguíneos não seja tóxica e tenha uma boa resistência mecânica.
O seu limite de, perrneabilidade deve ser ajustado aos objectívos da terapêutica.
~,~~~~_.-.•._---. __ .-. -_.---------_._----....
Por outro lado, a capacidade de depuração de uma membrana depende também
da sua espessura. Quanto menor for esta menor é a distância a atravessar pelas
moléculas e, como tal, maior a velocidade das trocas.
Membranas derivadas da celulose
Foram as primeiras utilizadas e são aquelas que têm ainda um uso mais divulgado.
Sâo fabricadas a partir da celulose que é submetida a uma dissoluçâo química for-
mando uma substância gelatinosa (viscose), que é depois extrudida na forma
desejada e a celulose coagulada (regenerada). Desta forma, obtemos Ceiofano
que fui a primeira substância usada como membrana em hemodiálise
Variando este processo de fabrico, tem-se obtido outros tipos de substâncias.
Destas, a mais importante é o Cuprofano, não só porque é a mais utilizada, visto
ter uma relação eficácia! preço muito favorável, mas também por funcionar como
padrão para a avaliação das propriedades de outros materiais.
Membranas sintéticas
Este tipo de membranas é constituído por Polímeros sintéticos. Â procura de
substâncias com propriedades melhoradas em relação ao Cuprofano ou melhor
adaptadas aos novos tipos de tratamento, levou a uma intensa pesquisa neste
campo. Desta, surgiram vários tipos de membranas das quais, pela sua crescente
divulgação, saliento o Pollacrilonitrilo, ° Policarbonato o Polímetilmetacrilato e as
Polisulfanas
Qualquer destas membranas apresentam, em relação ao Cuprofano, taxas de
ultrafiltração mais elevadas, melhor depurarão de substâncias de peso molecular
maior que 1000 Dalton e uma menor reactividade em relação aos elementos
sanguíneos.
Globalmente, as membranas sintéticas são mais bíocompatíveis do que as
derivadas da celulose, havendo no entanto entre aquelas grandes variações.
A escolha do tipo de membrana está muito dependente de factores econórnicos. Â
opção tradicional pelo Cuprofano tem-se vindo a alargar a outros derivados
celulósicos .e.a aíqumas rnembranas.sjntétícas.Estas, para.além de apresentarem
uma maior biocompatibilidade e portanto provocarem menor reacção por parte do
organismo, podem até reduzir as consequências deste fenómeno ao depurarem
substâncias dele resultante (82 microglobulina).
Área da membrana
Representa a superfície da membrana através da qual se efectuam trocas.
Influencia grandemente a capacidade de depuração e a capacidade de
ultrafíttraçâo. Deve ser adequada à área corporal do doente e ao grau de
depuração pretendido.
Espessura da membrana
Este parâmetro é importante, já que quanto mais fina. for a membrana mais fácil é
aos solutos atravessá-Ia e portanto maior é a sua capacidade depurativa. A
tendência é para o uso de membranas mais finas que, para igual performance,
permitem a construção de dialisadores com menor área.
Volume do compartimento de sangue
Dentro de uma mesma área. deverá ser escolhido um dialisador em que este
volume, seja mais baixo, já que assim se reduz o volume de sangue na circulação
extracorporal.
Igualmente, quanto menor for o volume deste compartimento. menores serão as
perdas de sangue residual. .>
Agente esterilizante
Geralmente é utilizado Óxido de EtHeno. Este agente tem sido responsabilizado
por reacções alérgicas. Para uso em doentes susceptíveis, há ao dispor
diaíisadores esterilizados em auto clave ou por raios gama.
Coeficiente de ultrstittreção
Este paràmetro, também conhecido por Krn, exprime a perrneabilidade hidrica do
dialisador quantificada pela quantidade de líquido ultrafiltrado numa hora por cada
mmHg de pressão transmembranária. Depende de várias características da
membrana, como sejam o seu tipo, a sua área e espessura e de factores ligados
ao doente, como sejam a concentração de Proteínas séricas e o hernatócrito.
Dentro do possível, deverá ser escolhido um dialisador com um Km adequado à
sobrecarga htdrica do doente. .
Clarificação (clearance)
Este paràmetro, avalia a capacidade depurativa do dialisador, expressa pela
quantidade de soluto removido na unidade de tempo. É dependente das
características da membrana (tipo, área e espessura), do débito de sangue e de
dialisante.
Varia na razão inversa do peso molecular, sendo esta relação dependente do
diâmetro médio do poro da membrana e das dimensões das moléculas.
A remoção de substâncias de baixo peso molecular (ureia, creatinina) é
influenciada pelas características da membrana, pelos débitos de sangue e de
dialisante e por pormenores da construção do dialisador que interfiram nos fluxos
deste.
A depuração de moléculas de médio peso rnolecular (Vit. B 12) é essencialmente
dependente das características da membrana e da sua área.
Moriitor de Hemodiálise - - - - .-
A divulgação do uso da hemodiálise como método de tratamento da lnsuticiência
Renal Crônica levou a que esta técnica, que nos seus primórdios era praticada em
regime de cuidados intensivos, passa-se a ser efectuada em ambientes com
controle menos apertado e mesmo em casa dos doentes.
Tal facto ímplicou que os monitores de hernodiálise, que até aí eram dispositivos
relativamente simples, tivessem sofrido importantes modificações de modo a incluir
elementos de facilidade de utilização? segurança cada vez mais desenvoivióos.
Monitor de hemodíálise - é um aparelho que possuium conjunto de dispositivos
que permitem dialisar o sangue através de um filtro e controlar os parâmetros
desse sistema. Estes destinavam-se a controlar vários paràmetros da diálise.