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MECANISMOS DE LESÃO CELULAR: REVERSÍVEL E IRREVERSÍVEL E SUAS PRINCIPAIS CAUSAS LESÕES CELULARES Quando ocorrem? – Quando o limite aceitável de normalidade é extrapolado (variável). Incapacidade de se adaptar; ↘ Duração do estímulo; → LESÃO Intensidade do estímulo. ↗ Agressão, dano e adaptação celular Agressão aguda – Ex.: Isquemia Agressão persistente – Ex.: Hipóxia Determinantes para a resposta celular Susceptibilidade da célula a isquemia: - Neurônio: 3-5 min; - Miocárdio, hepatócitos: 10 min – 2h - Fibroblastos, músculo esquelético e epiderme: muitas horas. Carol Seixas CAUSAS GERAIS DE LESÃO CELULAR Agentes endógenos e exógenos: Hipóxia; Agentes físicos; Agentes químicos e drogas; Agentes infecciosos; Reações imunológicas; Distúrbios genéticos; Desequilíbrios nutricionais. Hipóxia: obstrução parcial do vaso - Redução de oxigênio na circulação sanguínea; - A respiração aeróbia celular ↓ATP Ex.: Falha cardiorrespiratória Agentes físicos: traumas mecânicos, extremos de temperatura (queimaduras e frio intenso), variações bruscas de pressão atmosférica, radiação e choque elétrico. Agentes químicos e drogas: concentrações hipertônicas de substâncias simples (glicose, sal ou oxigênio), venenos (arsênio, cianeto ou sais mercúricos), poluentes do ar e ambiente, inseticidas e herbicidas, riscos industriais ou ocupacionais (monóxido de carbono, asbesto), drogas sócias (álcool, drogas terapêuticas). Agentes infecciosos: variam desde vírus submicroscópios até parasitas, como tênias de vários metros de comprimentos. Reagentes imunológicas: doenças autoimunes, processos inflamatórios e reações anafiláticas. Defeitos genéticos: má formações congênitas (Síndrome de Down), erros inatos de metabolismo. Desequilíbrios nutricionais: deficiências proteico-calóricas e vitaminas, distúrbios (anorexia), inanição, obesidade, aterosclerose. ≠ Isquemia: obstrução total dos vasos (morte) - perda do suprimento sanguíneo; - perda de oxigênio e substratos metabólicos; - produção de ATP comprometida. Desenvolvimento sequencial de alterações bioquímicas e morfológicas na lesão celular. As células se tornam não funcionais logo após a lesão, embora elas ainda permaneçam viáveis, com danos potencialmente reversíveis. Uma agressão de longa duração pode levar a uma lesão irreversível e morte celular. MECANISMOS GERAIS DAS LESÕES CELULARES DEPLEÇÃO DE ATP Causas: redução do fornecimento de oxigênio e nutrientes, danos mitocondriais e a ação de algumas substâncias tóxicas (p. ex.: cianeto). * cianeto: inativa a citocromo-oxidase das mitocôndrias (principalmente no fígado, onde é metabolizado). ATP é requerido para: transporte na membrana, síntese de proteínas, lipogênese e reações de desacilação- reacilação necessárias à modificação de fosfolipídeos. A depleção de 5% a 10% dos níveis normais de ATP afeta: o Redução da atividade da bomba de sódio (Na+, K+-ATPase) leva à entrada e acumulação de sódio dentro das células e difusão do potássio para fora. Ganho isosmótico de água, causando tumefação celular e dilatação do RE. o Metabolismo energético celular é alterado. Quando há ↓ fornecimento de O2 (isquemia) → fosforilação oxidativa cessa → ↓ATP e ↑ AMP. Essas alterações estimulam as atividades da fosfofrutocinase e da fosforilase → ↑ taxa glicólise anaeróbia para manter as fontes de energia, gerando ATP a partir do glicogênio. Em consequência, as reservas de glicogênio são rapidamente exauridas. A glicólise anaeróbia resulta no acúmulo de ácido lático e fosfatos inorgânicos. Isso diminui o pH intracelular, resultando na diminuição da atividade de muitas enzimas celulares. o A falência da bomba de 𝑪𝒂𝟐+ leva ao influxo de 𝐶𝑎2+, com efeitos danosos em vários componentes celulares. o A depleção prolongada ou crescente de ATP causa o rompimento estrutural do aparelho de síntese proteica, manifestado como desprendimento dos ribossomos do RER e dissociação dos polissomo, com a consequente redução da síntese proteica. o Células privadas de oxigênio ou glicose acúmulo de proteínas mal dobradas no RE reação chamada de resposta de proteína não dobrada lesão e morte celular. o Dano irreversível às mitocôndrias e membranas lisossômicas necrose celular. DANOS MITOCONDRIAIS Sensíveis a aumento do 𝐶𝑎2+ citosólico, EROs, hipóxia e tóxicos. 3 principais consequências: Formação de um canal de alta condutância na membrana mitocondrial (poro de transição de permeabilidade mitocondrial). Abertura desse canal perda do potencial de membrana mit falha na fosforilação oxidativa e na depleção do ATP necrose da célula. Fosforilação oxidativa anormal formação EROs efeitos deletérios. Mit abrigam, no espaço intermembranal, proteínas capazes de ativar as vias apoptóticas, como o citocromo c e as caspases (proteínas que ativam enzimas indutoras da apoptose). ↑ permeabilidade memb mit liberação dessas proteínas no citosol apoptose. INFLUXO DE CÁLCIO - Íons 𝐶𝑎2+ são importantes mediadores da lesão celular. ↓ do cálcio protege as células de lesões por estímulos nocivos. - [𝐶𝑎2+ citosólico livre] << [𝐶𝑎2+ extracelular]. Maior parte do cálcio intracelular preso na mitocôndria e no RE. - Isquemia e tóxicos: o Liberação do 𝐶𝑎2+ dos estoques intracelulares; o Depois, aumento do influxo de 𝐶𝑎2+ através da MP. - ↑ 𝐶𝑎2+ intracelular lesão celular. Acúmulo de 𝐶𝑎2+ nas mitocôndrias abertura dos poros de transição de permeabilidade mitocondrial falência na geração de ATP; ↑ 𝐶𝑎2+ citosólico ativa diversas enzimas: fosfolipases (danos às membranas), proteases (clivam proteínas de membrana e do citoesqueleto), endonucleases (fragmentação da cromatina e do DNA) e ATPases (aceleram o esgotamento do ATP); ↑ 𝐶𝑎2+ intracelular ativação das caspases apoptose. ACÚMULO DE RADICAIS LIVRES DERIVADOS DO OXIGÊNIO (Estresse Oxidativo) - Radicais livres são espécies químicas que têm um único elétron não emparelhado em um orbital externo – altamente reativos “atacam” e modificam moléculas adjacentes (proteínas, lipídios, carboidratos, ácidos nucleicos). - Algumas dessas reações são autocatalíticas moléculas que reagem com os radicais livres são convertidas em radicais livres propagação de danos em cadeia. - Espécies reativas de oxigênio (EROs) são radicais livres derivados do oxigênio. - Normalmente: EROs produzidas na célula durante a respiração mitocondrial e geração de energia degradadas e removidas pelos sistemas de defesa celulares. - Aumento da produção ou diminuição da eliminação dos EROs excesso de radicais livres estresse oxidativo. Geração de radicais livres Reações de oxirredução durante os processos metabólicos normais (p. ex., respiração); Absorção de energia radiante (p. ex., raios UV, raio X); Produzidos em leucócitos ativados durante inflamação; Algumas oxidases intracelulares (p. ex., xantina oxidase); Metabolismo enzimático de substâncias exógenas ou fármacos produzem RL que não são EROs, mas têm efeitos semelhantes; Metais de transição (Fe e Cu) doam e aceitam elétrons nas reações intracelulares e catalisam a formação de RL, como na reação de Fenton: NO (mediador químico gerado por células endoteliais, macrófagos, neurônios e outros tipos celulares) atua como RL e pode ser convertido no altamente reativo ânion peroxinitrito (ONOO−) ou em NO2 ou NO3 − . Remoção de radicais livres Geralmente, decomposição espontânea; Antioxidantes: vitaminas E, A e C; Diversas enzimas: catalase, superóxido dismutases (SODs), glutationa peroxidase. * Em condições normais, Fe e Cu (que catalisam a formação de EROs) ficam presos a proteínas de transporte e armazenamento (p. ex., transferrina, ferritina,lactoferrina e ceruloplasmina), evitando que participem da formação de RL. Efeito patológico dos radicais livres Peroxidação lipídica nas membranas – RL atacam ligações duplas em ácidos graxos insaturados, gerando novos radicais livres – reação em cadeia (propagação); Modificação oxidativa em proteínas – RL oxidam cadeias laterais de aminoácidos formação de ligações covalentes cruzadas (p. ex., pontes dissulfeto), danifica sítios ativos de enzimas, modifica conformação de proteínas estruturais e intensifica a degradação, por proteossomos, de proteínas mal dobradas; Lesões no DNA – RL causam quebras nas cadeias simples e duplas do DNA, ligações cruzadas nas cadeias do DNA e formação de complexos de adição envelhecimento celular e transformação neoplásica da célula. PERDA DA ORGANIZAÇÃO ESTRUTURAL E FUNCIONAL DA MEMBRANA CITOPLASMÁTICA - Perda precoce da permeabilidade seletiva da membrana; Mecanismos da lesão da membrana - Nas células isquêmicas, os defeitos da membrana são resultado da depleção do ATP e da ativação cálcio- mediada de fosfolipases. - Também pode ser lesionada por várias toxinas microbianas, proteínas virais, componentes líticos do complemento e numerosos agentes químicos e físicos. o Espécies reativas de oxigênio – os radicais livres do oxigênio causam lesão às membranas celulares através da peroxidação lipídica. o Diminuição da síntese de fosfolipídeos – em consequência de uma função mitocondrial defeituosa ou pela hipóxia, ambas diminuindo a produção de ATP e afetando as vias biossintéticas dependentes de energia. o Aumento da quebra dos fosfolipídeos – provavelmente devido à ativação de fosfolipases cálcio- dependentes pelos níveis elevados de 𝐶𝑎2+citosólico e mitocondrial. A quebra dos fosfolipídeos leva ao acúmulo de produtos de degradação dos lipídeos (ácidos graxos livres não esterificados, acilcarnitina e lisofosfolipídeos) que têm um efeito detergente sobre as membranas. o Anormalidades citoesqueléticas – a ativação de proteases pelo aumento do cálcio citosólico causa dano aos elementos do citoesqueleto (funcionam como âncoras que conectam a MP ao interior da célula). Na presença de tumefação celular, torna a célula (principalmente as do miocárdio) suscetível ao estiramento e ruptura. Consequências do dano à membrana o Dano à membrana mitocondrial – resulta na abertura dos poros de transição de permeabilidade mitocondrial, levando à diminuição de ATP e liberação de proteínas que disparam a morte por apoptose. o Dano à MP – leva à perda do equilíbrio osmótico e influxo de líquidos e íons, bem como a perda do conteúdo celular. o Lesão às membranas dos ribossomos – resulta em liberação de suas enzimas no citoplasma e ativação das hidrolases ácidas no pH ácido do interior da célula. Os lisossomos contêm RNases, DNases, proteases, fosfatases e glicosidases célula morre por necrose. LESÃO ISQUÊMICA E HIPOXIA - Isquemia é um tipo comum de lesão que resulta em hipóxia. Provocada pela redução do fluxo sanguíneo, geralmente, devido a uma obstrução mecânica. Também pode ser causada por redução da drenagem venosa. - Hipóxia: produção de energia continua através da glicólise anaeróbica; - Isquemia: compromete os substratos para a glicólise geração de energia anaeróbica cessa quando os substratos glicolíticos se exaurem ou quando há acúmulo de metabólitos que normalmente seriam removidos pelo sangue. Mecanismos da lesão celular isquêmica ↓ pO2 perda da fosforilação oxidativa e ↓ da geração de ATP; Falha na bomba de sódio, perda de potássio, influxo de sódio e água tumefação celular; Influxo de cálcio efeitos deletérios; Perda de glicogênio e redução da síntese de proteínas; Se a hipóxia continuar, a depleção ainda maior de ATP causará deteriorações adicionais. O citoesqueleto se dispersa perda de microvilosidades e formação de “bolhas” na superfície celular; “Figuras de mielina”, derivadas das membranas celulares em degeneração, são vistas dentro das células (em vacúolos autofágicos) ou no meio extracelular; Mitocôndrias tumefeitas, RE dilatado e a célula inteira está tumefeita, com altas concentrações de água, sódio e cloreto e concentração reduzida de potássio; Se a isquemia persiste, sobrevêm lesão irreversível e necrose. Lesão de isquemia-reperfusão Restauração do fluxo sanguíneo para os tecidos pode promover a recuperação de células, mas também pode exacerbar a lesão e causar morte celular. Estresse oxidativo – aumento da geração de espécies reativas de oxigênio e nitrogênio. Mecanismos antioxidantes foram comprometidos pela isquemia, favorecendo o acúmulo de RL. Sobrecarga de cálcio intracelular – influxo de cálcio resultante dos danos à MP. favorece abertura dos PTPM com consequente depleção de ATP. Inflamação – liberação de “sinais de alerta” provenientes de células mortas, citocinas secretadas pelas células imunes locais (macrófagos), e expressão aumentada d moléculas de adesão por células endoteliais parenquimatosas hipóxicas recrutam neutrófilos para o tecido reperfundido. **Efeito benéfico de do tratamento com anticorpos que bloqueiam citocinas e moléculas de adesão. Ativação do sistema complemento – alguns anticorpos IgM possuem tendência de se depositar em tecidos isquêmicos, e, quando o fluxo sanguíneo é restaurado, as proteínas do complemento ligam-se aos anticorpos depositados e são ativadas, causando amis lesão celular e inflamação. LESÕES REVERSÍVEIS Tumefação celular; Degeneração gordurosa. AULA 05 (22/07/2020) – Fabrícia Gimenes TIPOS DE LESÃO CELULAR Lesão reversível ou degenerativa Características - Agressão sub letal - Não ultrapassa o ponto de não retorno; - Retorna ao normal – autofagia. A recuperação está associada a remoção por autofagia dos componentes danificados. Alterações morfológicas na lesão celular reversível Nos casos em que a célula agredida não está adaptada, tendo seu metabolismo reduzido função diminuída alteração regressiva DEGENERAÇÕES É um termo utilizado para indicar lesões celulares reversíveis decorrentes de alterações metabólicas que resultam em alterações morfológicas e funcionais da célula devido ao acúmulo de substâncias intracelulares. - Célula incapaz de transportar ou degradar - Podendo evoluir para normalidade ou morte celular - Ex.: hepatócitos sob uso crônico de álcool – acúmulo de lipídeos cirrose (morte celular) CLASSIFICAÇÃO de acordo com a natureza da substância acumulada 1) Degeneração hidrópica: acúmulo de água e hidrólitos; 2) Degeneração gordurosa: acúmulo de lipídeos (esteatose); 3) Degeneração hialina: acúmulo de proteínas 4) Degeneração mucoide: acúmulo de muco 5) Gligogênica: glicose DEGENERAÇÃO HIDRÓPICA Características: - Lesão celular reversível; - Ocorre acúmulo de eletrólitos e água; - Célula apresenta-se tumefeita; - Ocorre com frequência no fígado e no ri; - As mitocôndrias aumentam de tamanho e os ribossomos ficam dispersos. Causas e mecanismos - Pode ser causada por vários agentes lesivos (físico, químico e biológico) - Agentes lesivos podem diminuir o funcionamento das bombas eletrolíticas ATP dependente (N+/K+/Ca2+) 1. Alterando a produção ou consumo de ATP; 2. Modificando a atividade de uma ou mais moléculas que formam a bomba; 3. Interferindo na integridade das membranas. 1) Alteram a produção e consumo de ATP Hipóxia, desacoplador da fosforilação mitocondrial (tiroxina); inibidores da cadeia respiratória (cianeto); Hipertermia (febre) – aumento de consumo de ATP; Desnutrição. 2) Modificando a atividade de uma ou mais moléculas que formam a bomba Toxinas com atividade fosfolipase (bactérias); Radicais livres; Outras situações: Solução hipertônica de manitol (diurese – induz movimento da água do meio intra-celular para o extra-celular diminuir pressãointra-craniana), sacarose ou glicose; Diabético crônico; Vômito e diarreias. 3) Agentes lesivos que alteram a integridade de membrana Diferentes causas fenômeno comum: Retenção de Na+ e redução de K+; Aumento da pressão osmótica intracelular entrada de água no citoplasma; Expansão isosmótica da célula. DEGENERAÇÃO GORDUROSA Esteatose hepática Sinônimos: degeneração gordurosa, infiltração gordurosa, metamorfose gordurosa. É a deposição de gorduras neutras (mono, di ou triglicerídeos) no citoplasma das células que normalmente não armazenam. Principais tecidos afetados: hepatócitos, epitélio tubular renal, fibras do miocárdio, músculo esquelético, pâncreas. Características Lesão celular reversível relacionado com a interferência do agente toxico no metabolismo lipídico responsável pela: o Captação ou síntese o Metabolização o Transporte o Excreção Principais causas Jejum ou desnutrição crônica (aumenta a mobilização de ácidos graxos dos tecidos periféricos); Diabetes mellitus descompensada; Alcoolismo crônico; Substâncias tóxicas (p. ex. CCl4: reduz a síntese de apoproteínas); Anóxia (inibe a oxidação de gorduras); Obesidade. Microscopicamente: primeiro é vista como pequenos vacúolos no citoplasma em torno do núcleo, com o avançar da deposição gordurosa os vacúolos coalescem, criando espaços claros deslocando o núcleo para a periferia da célula. Caso as células contíguas se rompam formam os cistos gordurosos. Mecanismos básicos da Esteatose Hepatócitos sintetizam e exportam lipídeos para o tecido de armazenamento. 1) EXCESSO DE OFERTA DE LIPÍDEOS (ácidos graxos livres) NOS HEPATÓCITOS Jejum prolongado Alcoolismo Diabetes Desnutrição ALCOOLISMO CRÔNICO ↑ Acetil-CoA ↑ Ácidos graxos TG Acetaldeído e radicais livres produzidos no metabolismo do etanol no REL alteram microtúbulos e miofilamentos – interferindo no transporte de vesículas; Triglicerídeos se acumulam nos hepatócitos. No etilismo, a esteatose resulta de vários fatores: Menor disponibilidade de NAD (utilizado na reação da álcool desidrogenase – ADH) como o NAD é necessário para a oxidação de lipídeos, sua redução contribui para o acúmulo de gorduras nos hepatócitos; Maior disponibilidade de actil-CoA excesso de acetil-Coa induz síntese de ácidos graxos, que, somados aos provenientes da circulação, originam triglicerídeos que se acumulam nas células; Acúmulo de triglicerídeos é favorecido também porque o transporte das vesículas de lipoproteínas está comprometido devido à ação do acetaldeído e dos radicais livres gerados do metabolismo do etanol no REL sobre microtúbulos e microfilamentos; A esteatose induzida por etanol pode ser agravada por desnutrição (redução da disponibilidade de proteínas para a síntese de lipoproteínas). 2) DEFICIÊNCIA NA PRODUÇÃO DE LIPOPROTEÍNAS Diminuição na síntese de proteínas Diminuição na síntese de fosfolipídios o Jejum prolongado o Diabetes o Alcoolismo o Desnutrição 3) DISTÚRBIOS NO DESLOCAMENTO E FUSÃO DAS VESÍCULAS QUE CONTÊM AS LIPOPROTEÍNAS COM A MP - Alterações no citoesqueleto EVOLUÇAÕ E CONSEQUENCIAS Quadro reversível (período de abstinência); Rompimento de hepatócitos cistos gordurosos embolia gordurosa Etilismo crônico Esteatose fibrose pericelular cirrose CIRROSE HEPÁTICA HIPERTENSÃO PORTAL Hiperesplenismo – função exagerada Esplenomegalia (palpável no exame físico) anemia Hemorragia digestiva varizes esofágicas – Desenvolvimento de circulação colateral: as vv abdominais são finas e recebem um fluxo baixo de sangue. Na HP, precisam drenar o sangue desviado que deveria chegar ao fígado pela veia porta. Ascite Encefalopatia hepática – o fígado é o órgão responsável pela metabolização de inúmeras substâncias tóxicas. Quando ele para de funcionar, o acúmulo de toxinas leva a alterações no SN, que variam desde pequenas alterações mentais, até sonolência, desorientação, coma e morte. ESTEATOSE HEPÁTICA NÃO GORDUROSA Ocorrência Indivíduos obesos e diabéticos Órgãos afetados Principalmente o fígado, mas pode acometer musculo cardíaco e pâncreas. Patógena Alterações no controle do metabolismo dos ácidos graxo em tecidos mediada pela leptina (hormônio da saciedade / relacionado com a massa corporal). LIPIDOSES São acúmulos intracelulares de outros lipídeos, exceto triglicerídeos; Ex.: depósitos localizados de colesterol e seus ésteres: o Artérias (aterosclerose) o Pele (xantomas) o Vesícula biliar (colesterolose) o Lipossomo (Doença de Niemann-Pick C) ATEROSCLEROSE - Degeneração associada à presença de colesterol e seus ésteres no interior de células musculares lisas e macrófagos, específica da túnica íntima das artérias de grande calibre que pode levar a distúrbios circulatórios. XANTOMAS Lesões com aspecto nodular ou em placas amareladas devido ao acúmulo de macrófagos carregados de colesterol (células espumosas) no tecido conjuntivo subepitelial da pele e tendões. Ex.: estados hiperlipidérmicos hereditários e adquiridos. COLESTEROLOSE - Acúmulo de macrófagos repletos de colesterol na lâmina própria da vesícula biliar, o mecanismo do acúmulo é desconhecido. Doença de Niemann-Pick C Doença metabólica, caracterizada pelo acúmulo de colesterol e glicolipídeos nos lisossomos do fígado, no baço ou no cérebro. Consequência: aumento do tamanho do fígado e/ou do baço (hepatoesplacnomegalia) e alterações neurológicas que afetam a capacidade intelectual e motra, provocando um demência progressiva. DEGENERAÇÃO HIALINA Representa o acúmulo de proteínas, podendo ser dentro das células (forma de pequenos grânulos acidófilos) ou fora da célula (no tecido conjuntivo fibroso e no interior dos vasos), sendo então chamado de Amiloidose. O nome hialino é devido ao aspecto homogêneo, com certa transparência e brilho (lembrando vidro) e cor rósea. Causas: defeitos no dobramento das proteínas (transporte e secreção defeituoso). Glomérulo renal normal (esquerda) e com amiloidose (direita). Órgãos com amiloidose: aumentados de volume, cor pálida, aspecto seco e firme (devido à deposição difusa da proteína) Corpúsculo de Russell: são imunoglobulinas – IgG (substância hialina) hiperproduzidas ou não excretadas pelos plasmócitos, e se cristalizam neste, formando o corpúsculo hialino. Encontrado em alguns tipos de neoplasias malignas e em processos inflamatórios. DEGENERAÇÃO MUCOIDE Lesões celulares que levam ao acúmulo excessivo de muco no interior das células. Pode ocorrer: Acontece nas células epiteliais que produzem muco; Nas inflamações nas mucosas Em alguns cânceres, como no estômago, intestino e ovário. DEGENERAÇÃO GLICOGÊNICA OU GLICOGENOSE Acúmulo anormal intracelular de glicogênio devido ao metabolismo anormal da glicose. Causas: - Hiperglicemias: alimentares, por lesão no SNC por narcóticos ou por diabetes mellitus; - Encontradas nas células tubulares renais, hepatócitos, miócitos e células β do pâncreas. Características macroscópicas: - Pouco significativas. Sem lesão aparente macroscopicamente ou discreto aumento de volume e palidez. - Diabetes mellitus glicogênio em células epiteliais no sistema renal e ilhotas de Langerhans; - Distúrbios genéticos (glicogenoses). Hepatócito normal Glicogenose hepática
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