Mecanismos da Lesão Celular

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Mecanismos da Lesão Celular 
A discussão da patologia celular da lesão e necrose leva a um estágio para a consideração dos mecanismos e vias bioquímicas da lesão celular. Os mecanismos responsáveis pela lesão celular são complexos. Entretanto, há diversos princípios que são relevantes à maioria das formas de lesão celular. 
A resposta celular ao estímulo nocivo depende do tipo de lesão, sua duração e sua gravidade. Pequenas doses de uma toxina química ou breves períodos de isquemia podem induzir lesão celular reversível, enquanto altas doses da mesma toxina ou uma isquemia mais prolongada resultam em morte celular instantânea ou em lenta lesão celular irreversível, levando, com o tempo, à morte celular. 
As consequências da lesão celular dependem do tipo, estado e adaptabilidade da célula lesada. O estado nutricional e hormonal celular e suas necessidades metabólicas são importantes na sua resposta à lesão. O quão vulnerável uma célula é, por exemplo, à perda de suprimento sanguíneo e hipoxia? Quando a célula do músculo estriado esquelético da perna está privada de seu suprimento sanguíneo, ela pode ser colocada em repouso e preservada; o mesmo não ocorre com o músculo estriado do coração. A exposição de dois indivíduos a concentrações idênticas de uma toxina, como o tetracloreto de carbono, pode ser inofensiva em um e produzir morte celular no outro. Isto pode ser devido às variações genéticas que afetam a quantidade e a atividade das enzimas hepáticas que convertem o tetracloreto de carbono (CCl4) a subprodutos tóxicos (Cap. 9). Com o mapeamento completo do genoma humano, há um grande interesse na identificação dos polimorfismos genéticos que influenciam as respostas dos diferentes indivíduos a agentes nocivos. 
A lesão celular é resultante de diferentes mecanismos bioquímicos que agem em vários componentes celulares essenciais (Fig. 1-16). Esses mecanismos são descritos individualmente a seguir. Os componentes celulares que mais frequentemente são lesados por estímulos nocivos incluem as mitocôndrias, as membranas celulares, a maquinaria de síntese e empacotamento de proteínas e o DNA do núcleo. 
Qualquer estímulo nocivo pode, simultaneamente, iniciar múltiplos mecanismos interconectados que lesam as células. Esta é uma razão pela qual é difícil relacionar a lesão celular em uma determinada situação a um único ou mesmo a um desarranjo bioquímico dominante. Na próxima seção, descreveremos os mecanismos bioquímicos que podem ser ativados por diferentes estímulos nocivos e que contribuem para a lesão celular. 
DEPLEÇÃO DE ATP 
A depleção de ATP e a redução de síntese de ATP são frequentemente associadas com lesão isquêmica e química (tóxica) (Fig. 1-17). O ATP é produzido de duas maneiras. A principal via nas células mamíferas é a fosforilação oxidativa do difosfato de adenosina, em uma reação que leva à redução do oxigênio pelo sistema de transferência de elétrons das mitocôndrias. A segunda é a via glicolítica, que pode gerar ATP na ausência do oxigênio usando glicose derivada dos líquidos corporais ou da hidrólise do glicogênio. As principais causas de depleção de ATP são a redução do suprimento de oxigênio e nutrientes, danos mitocondriais e a ação de algumas toxinas (p. ex., cianeto). Os tecidos com maior capacidade glicolítica (p. ex., fígado) são capazes de sobreviver à perda de oxigênio e à diminuição da fosforilação oxidativa melhor do que os tecidos com capacidade limitada para a glicólise (p. ex., cérebro). Fosfato de alta energia na forma de ATP é requerido virtualmente para todos os processos sintéticos e degradativos dentro da célula. Estes incluem o transporte na membrana, síntese de proteína, lipogênese e reações de desacilação-reacilação necessárias ao turnover de fosfolipídios. A depleção de 5% a 10% dos níveis normais de ATP produz extensos efeitos em muitos sistemas celulares críticos:
A atividade da bomba de sódio na membrana plasmática dependente de energia (Na+ , K+ -ATPase ouabaína-sensível) é reduzida. A falha deste sistema de transporte leva à entrada de sódio e sua acumulação dentro das células e difusão do potássio para fora. O ganho final de soluto é acompanhado por um ganho isosmótico de água, causando tumefação celular e dilatação do RE. 
O metabolismo de energia celular é alterado. Quando o suprimento de oxigênio às células é reduzido, como na isquemia, a fosforilação oxidativa cessa, resultando em decréscimo do ATP celular e aumento associado de monofosfato de adenosina. Essas alterações estimulam as atividades da fosfofrutocinase e fosforilase, levando a uma taxa aumentada de glicólise anaeróbica, com o propósito de manter as fontes de energia da célula gerando ATP através do metabolismo da glicose derivada do glicogênio. Em consequência, as reservas de glicogênio são rapidamente exauridas. A glicólise anaeróbica resulta em acúmulo de ácido lático e fosfatos inorgânicos da hidrólise de ésteres de fosfato. Isso diminui o pH intracelular, resultando na redução da atividade de muitas enzimas celulares. 
A falência na bomba de Ca2+ leva ao influxo de Ca2+, com efeitos danosos em vários componentes celulares, descritos a seguir. 
A depleção prolongada ou crescente de ATP causa o rompimento estrutural do aparelho de síntese proteica, manifestado como desprendimento dos ribossomos do retículo endoplasmático granular (REG) e dissociação dos polissomos, com consequente redução da síntese de proteína. 
Nas células privadas de oxigênio ou glicose, as proteínas se tornam anormalmente dobradas e iniciam uma reação chamada de resposta de proteína não dobrada que pode culminar em lesão e morte celular. Esse processo é descrito mais adiante no capítulo.
 Finalmente, há dano irreversível às mitocôndrias e membranas lisossômicas e a célula sofre necrose. 
DANOS MITOCONDRIAIS 
As mitocôndrias são os fornecedores celulares de energia de sustentação da vida na forma de ATP, mas são também componentes críticos na lesão e morte celulares. As mitocôndrias podem ser danificadas por aumentos de Ca2+ citosólico, por espécies reativas de oxigênio (discutidas adiante) e privação de oxigênio, sendo sensíveis a virtualmente todos os estímulos nocivos, incluindo hipóxia e toxinas. Além disso, mutações nos genes mitocondriais são a causa de algumas doenças herdadas.
Há duas consequências principais dos danos mitocondriais: 
A lesão mitocondrial frequentemente resulta na formação de um canal de alta condutância na membrana mitocondrial, chamado de poro de transição de permeabilidade mitocondrial. (Fig. 1-18).18 A abertura desse canal leva à perda do potencial de membrana da mitocôndria, resultando em falha na fosforilação oxidativa e depleção progressiva de ATP, culminando na necrose da célula. Um dos componentes estruturais do poro de transição de permeabilidade mitocondrial é a proteína ciclofilina D, que é um alvo da droga imunossupressora ciclosporina (usada para impedir rejeição do enxerto). Em alguns modelos experimentais de isquemia, a ciclosporina reduz a lesão impedindo a abertura do poro de transição de permeabilidade mitocondrial – um modelo interessante de terapia orientada molecularmente para lesão celular (embora seu valor clínico não esteja estabelecido). As mitocôndrias também sequestram entre suas membranas internas e externas várias proteínas que ativam as vias apoptóticas, incluindo o citocromo c e proteínas que ativam indiretamente enzimas que induzem apoptose, chamadas caspases. O aumento da permeabilidade da membrana mitocondrial externa pode resultar em extravasamento destas proteínas para o citosol e morte por apoptose. 
INFLUXO DE CÁLCIO E PERDA DA HOMEOSTASIA DO CÁLCIO 
O achado de que o cálcio depletado protege as células de lesão induzida por uma variedade de estímulos danosos indica que os íons cálcio são mediadores importantes da lesão celular. Normalmente, o cálcio livre no citosol é mantido em concentrações muito baixas (∼ 0,1 μmol), em comparação com os níveis extracelulares de 1,3 μmol, e a maior parte do cálcio intracelular está sequestradanas mitocôndrias e no retículo endoplasmático. A isquemia e certas toxinas causam um aumento da concentração do cálcio citosólico, inicialmente por causa da liberação do Ca2+ armazenado intracelularmente e, mais tarde, do cálcio que resulta do influxo aumentado através da membrana plasmática (Fig. 1-19). O aumento do Ca2+ intracelular causa lesão celular por vários mecanismos. 
O acúmulo de Ca2+ nas mitocôndrias leva à abertura dos poros de transição de permeabilidade mitocondrial e, como descrito antes, à deficiência na geração de ATP.
O aumento do cálcio citosólico ativa um número de enzimas, com efeitos celulares potencialmente prejudiciais. Essas enzimas incluem as fosfolipases (que causam danos à membrana), proteases (que clivam as proteínas de membrana e do citoesqueleto), endonucleases (que são responsáveis pela fragmentação da cromatina e do DNA) e as ATPases (acelerando, assim, a depleção de ATP). 
O aumento dos níveis de Ca2+ intracelular resultam, também, na indução da apoptose, através da ativação direta das caspases e pelo aumento da permeabilidade mitocondrial.
ACÚMULO DE RADICAIS LIVRES DERIVADOS DO OXIGÊNIO (ESTRESSE OXIDATIVO) 
A lesão celular induzida por radicais livres, particularmente as espécies reativas de oxigênio, é um importante mecanismo de dano celular em muitas condições patológicas, como a lesão química e por radiação, lesão de isquemia-reperfusão (induzida pela restauração do fluxo sanguíneo em um tecido isquêmico), envelhecimento celular e destruição de micróbios pelos fagócitos. Os radicais livres são espécies químicas que possuem um único elétron não pareado em uma órbita externa. A energia criada por essa configuração instável é liberada através de reações com moléculas adjacentes, como as substâncias químicas inorgânicas ou orgânicas – proteínas, lipídios, carboidratos, ácidos nucleicos – muitas das quais são componentes essenciais das membranas e núcleos celulares. 
Além disso, os radicais livres desencadeiam reações autocatalíticas, através das quais as moléculas que reagem com eles são convertidas em radicais livres, propagando, assim, a cadeia de danos. As espécies reativas de oxigênio (ERO) são um tipo de radical livre derivado do oxigênio, cujo papel na lesão celular está bem estabelecido. Normalmente, são produzidas nas células durante a respiração e geração de energia mitocondrial, mas são degradadas e removidas pelos sistemas celulares de defesa. Portanto, as células são capazes de manter um estado constante no qual os radicais livres podem estar presentes transitoriamente, em baixas concentrações, sem causar danos. Quando a produção de ERO aumenta ou quando os sistemas de remoção são ineficientes, o resultado é um excesso destes radicais livres que levam a uma condição chamada estresse oxidativo. O estresse oxidativo tem sido implicado em uma grande variedade de processos patológicos, incluindo lesão celular, câncer, envelhecimento e algumas doenças degenerativas, como doença de Alzheimer. As ERO são produzidas também em grandes quantidades pelos leucócitos, particularmente neutrófilos e macrófagos, como mediadores para a destruição de micróbios, tecido morto e outras substâncias não desejadas. Portanto, a lesão causada por esses compostos reativos sempre acompanha reações inflamatórias, durante as quais os leucócitos são recrutados e ativados.
Na próxima seção, discutiremos a geração e remoção das ERO e como elas contribuem para a lesão celular. As propriedades de alguns dos mais importantes radicais livres estão resumidas na Tabela 1-3. 
Geração de Radicais Livres. 
Os radicais livres podem ser gerados dentro das células de vários modos (Fig. 1-20): 
As reações de redução-oxidação que ocorrem durante processos metabólicos normais. Durante a respiração normal, o oxigênio molecular é reduzido nas mitocôndrias através da transferência de quatro elétrons para o H2 para gerar duas moléculas de água. Essa conversão é catalisada por enzimas oxidativas no retículo endoplasmático, citosol, mitocôndrias, peroxissomos e lisossomos. Durante esse processo, são geradas pequenas quantidades de espécies intermediárias parcialmente reduzidas nas quais diferentes números de elétrons foram transferidos do O2, que incluem os radicais superóxido (O2 – •, um elétron), o peróxido de hidrogênio (H2O2, dois elétrons) e íons hidroxila (OH• , três elétrons). 
Absorção de energia radiante (p. ex., luz ultravioleta, raiosX). A radiação ionizante pode hidrolisar a água em radicais livres hidroxila (OH• ) e hidrogênio (H). 
Surtos rápidos de ERO são produzidos em leucócitos ativados, durante a inflamação. Isso ocorre por uma reação precisamente controlada em um complexo de múltiplas proteínas de membrana plasmática que usam a NADPH oxidase para a reação redox. Além disso, algumas oxidases intracelulares (como a xantina oxidase) geram radicais superóxido.
Metabolismo enzimático de substâncias químicas exógenas ou drogas podem gerar radicais livres que não são espécies reativas de oxigênio, mas produzem efeitos semelhantes (p. ex., o CCl4 pode gerar CCl3, descrito adiante neste capítulo). 
Os metais de transição como o ferro e o cobre doam ou aceitam elétrons livres durante reações intracelulares e catalisam a formação de radicais livres como na reação de Fenton (H2O2 + Fe2+ Fe3+ + OH + OH− ). Como a maior parte do ferro livre intracelular está no estado férrico (Fe3+), ele deve primeiro ser reduzido ao estado ferroso (Fe2+) para participar da reação de Fenton. Essa redução pode ser aumentada pelo superóxido e, assim, fontes de ferro e superóxido cooperam na lesão celular oxidativa. 
O óxido nítrico (NO), um mediador químico importante gerado por células endoteliais, macrófagos, neurônios e outros tipos celulares (Cap. 2), pode atuar como radical livre e também ser convertido no ânion peroxinitrito altamente reativo (ONOO− ), bem como em NO2 e NO3 − . 22 
Remoção dos Radicais Livres. Os radicais livres são naturalmente instáveis e decompõem-se espontaneamente. O superóxido, por exemplo, é instável e decompõe-se (sofre dismutação) espontaneamente em oxigênio e peróxido de hidrogênio na presença de água. Além disso, as células desenvolveram múltiplos mecanismos enzimáticos e não enzimáticos para a remoção de radicais livres e, assim, minimizar a lesão (Fig. 1-20). Estes incluem:
Antioxidantes que bloqueiam o início da formação de radicais livres ou os inativam (p. ex, removem). São exemplos as vitaminas lipossolúveis E e A, bem como o ácido ascórbico e glutationa no citosol. 
Conforme vimos, o ferro e o cobre podem catalisar a formação de espécies reativas de oxigênio. Os níveis desses metais reativos são reduzidos por ligação dos íons a proteínas de armazenamento e transporte (p. ex., transferrina, ferritina, lactoferrina e ceruloplasmina), diminuindo, assim, a formação de ERO. 
Uma série de enzimas atua como sistemas de remoção de radicais livres e degradam o H2O2 e O2 – • .Essas enzimas localizam-se próximas ao local de geração dos oxidantes e incluem as seguintes: 
1. Catalase, presente nos peroxissomos, que decompõe o H2O2 (2H2O2 O2+ 2H2O). 
2. Superóxido dismutases (SODs) são encontradas em muitos tipos celulares e convertem o superóxido em H2O2 (2O2 – • + 2H H2O2 + O2). Esse grupo inclui a manganês-superó- xido dismutase, que se localiza nas mitocôndrias e a cobrezinco-superóxido dismutase, que é encontrada no citosol. 
3. A glutationa peroxidase também protege contra lesão catalisando a degradação de radicais livres (H2O2 + 2GSH GSSG [homodímero de glutationa] +2H2O ou 2OH + 2GSH GSSG + 2H2O). A proporção intracelular de glutationa oxidada (GSSG) para glutationa reduzida (GSH) reflete o estado oxidativo da célula e é um indicador importante da habilidade das células de desintoxicar espécies reativas de oxigênio. 
Efeitos Patológicos dos Radicais Livres.
 Os efeitos das espécies reativas de oxigênio e de outros radicais livres são bastante amplos, porém três reações são particularmente relevantes na lesão celular (Fig. 1-20): 
Peroxidação lipídicadas membranas. Na presença de O2, os radicais livres causam peroxidação dos lipídios dentro das membranas plasmáticas e das organelas. A lesão oxidativa é desencadeada quando as ligações duplas em ácidos graxos insaturados dos lipídios da membrana são atacadas por radicais livres derivados do O2, particularmente por OH. As interações lipídio-radical livre geram peróxidos, que são instáveis e reativos, e sobrevém uma reação em cadeia autocatalítica (denominada propagação), que pode resultar em lesão extensa das membranas. 
Modificação oxidativa das proteínas. Os radicais livres promovem a oxidação das cadeias laterais de aminoácidos, formação de ligações cruzadas proteína-proteína (p. ex., pontes dissulfeto) e oxidação do esqueleto da proteína. A modificação oxidativa de proteínas pode lesar os sítios ativos das enzimas, romper a conformação de proteínas estruturais e intensificar a degradação pelos proteossomas de proteínas não dobradas ou anormalmente dobradas, gerando destruição em toda célula.
Lesões do DNA. Os radicais livres são capazes de causar a quebra dos filamentos únicos e duplos do DNA, da ligação cruzada dos filamentos e a formação de complexos de adição. A lesão oxidativa do DNA foi implicada no envelhecimento celular (discutido adiante) e na transformação maligna das células.
O antigo conceito sobre radicais livres era de que estes causam lesão celular e morte por necrose e, de fato, a produção de espécies reativas de oxigênio é uma introdução à necrose. Contudo, agora está claro que os radicais livres podem, também, disparar a apoptose. Estudos recentes revelaram também um papel das espécies reativas de oxigênio na sinalização de vários receptores celulares e intermediários bioquímicos. De acordo com uma hipótese, as principais ações do superóxido se originam de sua habilidade em estimular a produção de enzimas degradativas em vez de lesão direta de macromoléculas. É provável, também, que essas moléculas potencialmente mortíferas desempenhem importantes funções fisiológicas.
DEFEITOS NA PERMEABILIDADE DA MEMBRANA.
A perda inicial da permeabilidade seletiva da membrana levando finalmente à lesão franca da membrana é uma característica consistente da maioria das formas de lesão celular (exceto apoptose). A lesão de membrana pode afetar as funções e integridade de todas as membranas celulares. Discutiremos, a seguir, os mecanismos e as consequências patológicas da lesão de membrana. 
Mecanismos da Lesão de Membrana. Nas células isquêmicas, os defeitos de membrana resultam da depleção de ATP e da ativação de fosfolipases mediada pelo cálcio (ver adiante). A membrana plasmática pode também ser danificada diretamente por várias toxinas microbianas, proteínas virais, componentes líticos do complemento e por uma variedade de agentes químicos e físicos. Vários mecanismos bioquímicos podem contribuir para os danos à membrana (Fig. 1-21): 
Espécies reativas de oxigênio. Os radicais livres do oxigênio causam lesão às membranas celulares através da peroxidação lipídica, discutida inicialmente. 
Diminuição da síntese de fosfolipídios. Nas células, a produção de fosfolipídios pode ser reduzida como consequência de um defeito na função mitocondrial ou hipóxia, ambos diminuindo a produção de ATP e afetando as atividades enzimáticas dependentes de energia. A redução de síntese de fosfolipídios afeta todas as membranas celulares, incluindo as membranas mitocondriais. 
Aumento da degradação dos fosfolipídios. Uma lesão celular acentuada está associada com o aumento da degradação dos fosfolipídios da membrana, provavelmente devido à ativação de fosfolipases endógenas por elevação dos níveis de Ca2+ no citosol e nas mitocôndrias. A degradação dos fosfolipídios leva ao acúmulo de produtos de degradação dos lipídios, incluindo ácidos graxos livres não estereficados, acil-carnitina e lisofosfolipídios, que possuem um efeito detergente nas membranas. Eles também se inserem na bicamada lipídica da membrana ou trocam de posição com os fosfolipídios da membrana, causando potencialmente alterações na permeabilidade e alterações eletrofisiológicas. 
Anormalidades citoesqueléticas. Os filamentos do citoesqueleto funcionam como âncoras que conectam a membrana plasmática ao interior da célula. A ativação de proteases pelo cálcio citosólico aumentado pode danificar os elementos do citoesqueleto. Na presença de tumefação celular, essa lesão gera, particularmente nas células miocárdicas, desprendimento da membrana celular do citoesqueleto, tornando-se suscetível a estiramento e ruptura.
Consequências da Lesão de Membrana. Os locais mais importantes de danos à membrana durante lesão celular são as membranas mitocondriais, membrana plasmática e membranas dos lisossomas. 
Danos à membrana mitocondrial. Como já discutidos, os danos às membranas mitocondriais resultam na abertura dos poros de transição de permeabilidade mitocondrial levando ao decréscimo de ATP, e liberação de proteínas que disparam a morte por apoptose. 
Danos à membrana plasmática. Os danos à membrana plasmática levam à perda do equilíbrio osmótico e influxo de líquidos e íons, bem como à perda dos conteúdos celulares. As células podem, também, perder metabólitos que são vitais para a reconstituição do ATP, depletando, então, os estoques de energia.
Lesão às membranas lisossômicas resulta em extravasamento de suas enzimas para o citoplasma e ativação das hidrolases ácidas, em pH intracelular ácido da célula lesada (p. ex., célula isquêmica). Os lisossomos contêm RNases, DNases, proteases, fosfatases, glicosidases e catepsinas. A ativação dessas enzimas leva à digestão enzimática das proteínas, RNA, DNA e glicogênio e a célula morre por necrose. 
DANOS AO DNA E ÀS PROTEÍNAS
 As células possuem mecanismos que reparam as lesões ao DNA, porém se o dano é muito grave para ser corrigido (p. ex., após exposição do DNA a drogas nocivas, radiação ou estresse oxidativo), a célula inicia um programa de suicídio que resulta em morte por apoptose. Uma reação semelhante é iniciada por proteínas impropriamente dobradas, as quais podem ser resultantes de mutações herdadas ou desencadeadores externos, como os radicais livres. Como estes mecanismos de lesão celular causam, tipicamente, a apoptose, serão discutidos mais adiante no capítulo. 
Antes de concluirmos a discussão sobre os mecanismos de lesão celular, é útil considerar os possíveis eventos que determinam quando a lesão reversível se torna irreversível e progride até morte celular. A relevância clínica desta questão é óbvia – se pudermos respondê-la, seremos capazes de traçar estratégias para prevenir lesão celular de consequências deletérias permanentes. No entanto, os mecanismos moleculares que conectam a maioria das formas de lesão celular para fundamentar a morte celular foram evasivos, por várias razões. O “ponto sem retorno” no qual a lesão se torna irreversível está ainda grandemente indefinido, e não há correlação bioquímica ou morfológica confiável de irreversibilidade. Dois fenômenos caracterizam consistentemente a irreversibilidade – a incapacidade de reverter a disfunção mitocondrial (perda de fosforilação oxidativa e de geração de ATP), mesmo depois da resolução da lesão original, e perturbações profundas na função da membrana. Como mencionado anteriormente, a lesão às membranas lisossômicas resulta na dissolução enzimática da célula lesada, que é característica da necrose. 
O extravasamento de proteínas intracelulares através da membrana da célula lesada e, por último, para a circulação fornece um meio de detectar lesão celular e necrose tecido-específicas usando-se amostras de soro sanguíneo. Por exemplo, o músculo cardíaco contém uma isoforma específica da creatinacinase e da proteína contrátil troponina; o fígado (especificamente o epitélio do ducto biliar) contém uma isoforma da enzima fosfatase alcalina e os hepatócitos contêm transaminases. Nesses tecidos, a lesão irreversível e morte celular são refletidas por níveis elevados dessas proteínas no sangue e as medidasdesses biomarcadores são usadas para avaliar os danos a esses tecidos.
LESÃO ISQUÊMICA E HIPÓXICA
Esse é o tipo mais comum de lesão celular em medicina clínica e tem sido estudado extensamente em humanos, em animais de laboratório e em sistemas de cultura. A hipóxia, que se refere à redução do oxigênio disponível, pode ocorrer em uma variedade de contextos clínicos, descritos anteriormente. Ao contrário, na isquemia o suprimento de oxigênio e nutrientes é diminuído, mais frequentemente como consequência de obstrução mecânica no sistema arterial. Ela também pode ser causada por redução da drenagem venosa. Ao contrário da hipóxia, durante a qual a produção de energia através da glicólise anaeróbica continua, a isquemia também compromete a distribuição de substratos para a glicólise. Assim, nos tecidos isquêmicos, não apenas o metabolismo aeróbico é comprometido, mas a geração de energia anaeróbica também cessa depois que os substratos glicolíticos são exauridos ou quando a glicólise é inibida pelo acúmulo de metabólitos que normalmente poderiam ser removidos pelo fluxo sanguíneo. Por esta razão, a isquemia tende a causar lesão celular e tecidual mais rápida e intensa que a hipóxia na ausência de isquemia. 
Mecanismos da Lesão Celular Isquêmica 
A sequência de eventos que acompanha a hipóxia ou isquemia reflete muitas das alterações bioquímicas da lesão celular que foram já descritas. Quando a tensão de oxigênio dentro da célula diminui, ocorre perda da fosforilação oxidativa e diminuição da geração de ATP. A depleção de ATP resulta em falha da bomba de sódio, com perda de potássio, influxo de sódio e água e tumefação celular. Ocorre também influxo de cálcio, com muitos dos seus efeitos deletérios. Há uma perda progressiva de glicogênio e redução da síntese de proteínas. Neste estágio, as consequências funcionais podem ser graves. Por exemplo, o músculo cardíaco cessa a contração dentro de 60 segundos de oclusão coronária. Entretanto, a perda de contratilidade não significa morte celular. Se a hipóxia continuar, a piora da depleção de ATP causará degeneração adicional. O citoesqueleto se dispersa, levando à perda de características ultraestruturais como as microvilosidades e formação de “bolhas” na superfície celular. “Figuras de mielina”, derivadas das membranas celulares em degeneração, podem ser vistas dentro do citoplasma (em vacúolos autofágicos) ou no meio extracelular. Acredita-se que elas sejam resultado de grupos fosfatídeos que promovem a captação e a inserção de água entre as pilhas de lamelas de membranas. Nesse ponto, as mitocôndrias estão geralmente tumefeitas, como consequência da perda do controle do volume nessas organelas; o retículo endoplasmático permanece dilatado e toda a célula está nitidamente tumefacta, com altas concentrações de água, sódio e cloreto e uma concentração reduzida de potássio. Se o oxigênio for restaurado, todas essas perturbações são reversíveis. 
Se a isquemia persistir, sobrevêm lesão irreversível e necrose. A lesão irreversível está associada morfologicamente com a intensa tumefação das mitocôndrias, lesão extensa das membranas plasmáticas (originando as figuras de mielina) e tumefação dos lisossomos. Densidades amorfas, grandes e floculentas se desenvolvem na matriz mitocondrial. No miocárdio, essas são as indicações de lesão irreversível e podem ser observadas de 30 a 40 minutos após a isquemia. Ocorre então influxo maciço de cálcio para dentro da célula, particularmente se a zona isquêmica é reperfundida. A morte é principalmente por necrose, mas a apoptose também contribui; a via apoptótica provavelmente é ativada pela liberação de moléculas pró-apoptóticas das mitocôndrias permeáveis. Os componentes celulares são progressivamente degradados e há um extravasamento difuso das enzimas celulares para o espaço extracelular e, de modo oposto, entrada de macromoléculas extracelulares do espaço intersticial para dentro das células que estão morrendo. Finalmente, as células mortas podem ser substituídas por grandes massas compostas de fosfolipídios na forma de figuras de mielina. Estas, então, são fagocitadas por leucócitos ou degradadas posteriormente em ácidos graxos. A calcificação desses resíduos de ácidos graxos pode ocorrer, com formação de sais de cálcio. 
Como mencionado antes, o extravasamento para o sangue, de enzimas intracelulares e outras proteínas, através da membrana plasmática anormalmente permeável, fornece uma importante indicação clínica de morte celular. Por exemplo, níveis séricos elevados da creatina-cinase MB e troponina do músculo cardíaco são sinais iniciais de infarto do miocárdio, podendo ser vistos antes que o infarto seja detectável morfologicamente. 
As células dos mamíferos desenvolveram respostas protetoras ao estresse hipóxico. A melhor delas é a indução de um fator denominado fator-1 de indução por hipóxia, que promove formação de novos vasos sanguíneos, estimula as vias de sobrevivência celular e aumenta a glicólise anaeróbica. Resta ser visto se o entendimento de tais mecanismos oxigênio-sensíveis levará a novas estratégias para prevenir ou tratar a lesão celular hipóxica e isquêmica. 
Apesar das muitas investigações em modelos experimentais, não há ainda abordagens terapêuticas seguras para a redução das consequências lesivas da isquemia em situações clínicas. Talvez a estratégia mais útil nas lesões isquêmicas (e traumáticas) de medula espinal e cérebro seja a indução transitória de hipotermia (reduzindo-se a temperatura corporal a 33,3°C). Esse tratamento reduz a demanda metabólica das células estressadas, diminui a tumefação celular, suprime a formação de radicais livres e inibe a resposta inflamatória do hospedeiro. Tudo isto pode contribuir para a redução da lesão celular e tecidual.
LESÃO DE ISQUEMIA-REPERFUSÃO 
A restauração do fluxo sanguíneo para tecidos isquêmicos pode promover a restauração das células, se estas foram lesadas de modo reversível. No entanto, sob certas circunstâncias, quando o fluxo sanguíneo é restaurado para as células que estavam isquêmicas, mas não mortas, a lesão é paradoxalmente exacerbada e prossegue em ritmo acelerado. Como resultado, os tecidos reperfundidos continuam a perder células, além daquelas que foram lesadas irreversivelmente no fim da isquemia. Esse processo, denominado lesão de isquemia-reperfusão, é clinicamente importante porque contribui para danos no tecido em infartos do miocárdio e cerebrais e em seguida a terapias para restaurar o fluxo sanguíneo. 
Como ocorre a lesão de reperfusão? A resposta provável é que novos processos lesivos são desencadeados durante a reperfusão, causando a morte de células que, de outro modo, poderiam ter se recuperado. Vários mecanismos foram propostos: 
Uma nova lesão pode ser iniciada durante a reoxigenação devido a uma produção aumentada de espécies reativas de oxigênio e nitrogênio pelas células endoteliais, do parênquima e dos leucócitos infiltrantes. Esses radicais livres podem ser produzidos no tecido reperfundido devido à redução incompleta do oxigênio por mitocôndrias lesadas ou devido à ação das oxidases nos leucócitos, células endoteliais ou células parenquimatosas. Os mecanismos de defesa antioxidante celulares podem ser comprometidos pela isquemia, favorecendo o acúmulo de radicais livres. Outros mediadores da lesão celular, como o cálcio, podem também entrar nas células reperfundidas, lesando várias organelas, incluindo as mitocôndrias, e aumentando a produção de radicais livres. 
A lesão isquêmica está associada com a inflamação resultante da produção de citocinas e aumento da expressão de moléculas de aderência por células parenquimatosas e endoteliais hipóxicas, que recrutam neutrófilos circulantes para o tecido reperfundido. A inflamação causa lesão adicional ao tecido. A importância do influxo de neutrófilos na lesão de reperfusão foi demonstrada experimentalmente, pela capacidade das intervenções anti-inflamatórias, como o tratamento com anticorpos que bloqueiam citocinas ou moléculas de aderência, para reduzira extensão da lesão.
 A ativação do sistema complemento pode contribuir para a lesão de isquemia-reperfusão. O sistema complemento está envolvido na defesa do hospedeiro e é um importante mecanismo de lesão imune. Por razões desconhecidas, alguns anticorpos IgM possuem uma tendência de se depositarem em tecidos isquêmicos, e quando o fluxo sanguíneo é reiniciado, as proteínas do complemento ligam-se aos anticorpos depositados, são ativadas e acentuam a inflamação e a lesão celular.
 
LESÃO QUÍMICA (TÓXICA) 
A lesão química permanece como um problema frequente na medicina clínica, e é a principal limitação à terapia com drogas. Como muitas drogas são metabolizadas no fígado, este órgão é alvo frequente da toxicidade das drogas. De fato, a lesão hepática tóxica é, talvez, a razão mais frequente para o término do uso terapêutico ou desenvolvimento de uma droga. Os mecanismos pelos quais as substâncias químicas, certas drogas e toxinas produzem lesão são descritos em maiores detalhes no Capítulo 9, na discussão sobre doenças ambientais. Aqui, descreveremos as principais vias de lesão quimicamente induzida, com exemplos selecionados. 
As substâncias químicas induzem lesão celular por um de dois mecanismos gerais:
 Algumas substâncias químicas atuam diretamente pela combinação com componentes moleculares críticos. Por exemplo, no envenenamento por cloreto de mercúrio, o mercúrio se liga aos grupamentos sulfidrila das proteínas de membrana celular, causando aumento da permeabilidade da membrana e inibição do transporte de íons. Nesses casos, a maior lesão ocorre nas células que usam, absorvem, excretam ou concentram as substancias químicas – no caso do cloreto mercúrico, as células do trato gastrointestinal e do rim (Cap. 9). O cianeto envenena a citocromo-oxidase mitocondrial e inibe a fosforilação oxidativa. Muitos agentes quimioterápicos antineoplásicos e antibióticos também induzem lesão celular por efeitos citotóxicos diretos. 
A maioria das substâncias químicas não é biologicamente ativa na sua forma nativa, mas precisa ser convertida a metabólitos tóxicos reativos, que então agem sobre as moléculas-alvo. Essa modificação é normalmente realizada pelas oxidases de função mista do P-450, no retículo endoplasmático agranular do fígado e de outros órgãos. Os metabólitos tóxicos causam lesão da membrana e lesão celular principalmente pela formação de radicais livres e subsequente peroxidação lipídica; a ligação covalente direta a proteínas e lipídios da membrana também pode contribuir. Por exemplo, o tetracloreto de carbono (CCl4), que é amplamente utilizado na indústria de limpeza a seco, é convertido pelo citocromo P-450 ao radical livre altamente reativo CCl• 3 que causa peroxidação lipídica e danos a muitas estruturas celulares. O paracetamol, uma droga analgésica, é também convertido a produto tóxico durante a desintoxicação no fígado, levando à lesão celular.