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Lesão celular e morte celular Porquê adoecemos? Como adoecemos? De quê adoecemos? Há alterações morfológicas? Há alterações funcionais? Lesões reversíveis ou degenerações Nos estágios iniciais ou nas formas leves de lesão, as alterações morfológicas e funcionais são reversíveis se o estímulo nocivo for removido. Nesse estágio, embora existam anomalias estruturais e funcionais significativas, a lesão ainda não progrediu para um dano severo àmembrana e dissolução nuclear. Quando a alteração atinge o núcleo e as membranas celulares, ela se torna irreversível. Fatores e agentes que podem levar a uma lesão celular: Privação de oxigênio: Obstrução do fluxo sanguíneo -> falta deoxigênio; Hipóxia: a redução de fornecimento de oxigênio (anemias, envenenamento (CO: forma um complexo estável com a hemoglobina que impede a ligação ao oxigênio), Insuf. cadiorespitarória, pneumonia,isquemia); Anóxia: a privação total de oxigênio (afogamento); Ambas são causas frequentes de lesões; O oxigênio -> envolvido no processo de produção de energia (ATP) -> respiração oxidativa aeróbica; Mediador de diversas reações metabólicas; Agentes químicos químicas que podemGrande diversidade de substâncias desencadear alterações celulares; Inclusive substâncias indispensáveis para célula podem se tornar agentes nocivos em excesso, como aglicose e íons. Os agentes conhecidos como venenos/toxinas atuamna degradação da membrana celular, alterando todo o equilíbrio osmótico e,também, podem inativar enzimas e cofatores. Grandes vilões celulares: o monóxido de carbono, álcool emetais pesados (chumbo e mercúrio) -> dia adia -> Modificações no genoma, transformação nas moléculas, ou atuar como antígeno, induzindo resposta imunitária humoral. Agentes patogênicos biológicos Grande diversidade -> vírus, bactérias, fungos eparasitas. O agente pode atuar invadindo a célula, proliferando-se e causando amorte celular por ruptura. -> Por liberação de toxinas e antígenos, promovendo a ativação do processo inflamatório e indução de resposta imunitária. Fatores genéticos Mutações nos genes e alterações cromossômicas resultam em doenças; Ex: Síndrome de Down - trissomia do cromossomo21. Ex:Anemia falciforme – substituição de 1 aminoácido daHgS. -> Causam lesão celular devido a deficiência de proteínas funcionais, defeitos enzimáticos nos erros inatos do metabolismo, acúmulo de DNA danificado ou proteínas mal dobradas. Ambos disparando a morte celular quando sãoirreparáveis. As variações genéticas (polimorfismos) podem influenciar também a suscetibilidade das células a lesão por substâncias químicas e outras lesões ambientais. Desequilíbrios Nutricionais Era de borbulhante riqueza global - as deficiências nutricionais permanecem como a principal causa de lesão celular. Ex: Deficiências proteico-calóricas entre as populações desfavorecidas. Deficiências de vitaminas específicas mesmo em países desenvolvidos com alto padrão de vida. Os excessos nutricionais são também causas importantes de morbidade e mortalidade -> a obesidade aumenta consideravelmente o risco para diabetes mellitus tipo 2. As dietas ricas em gordura animal estão fortemente implicadas no desenvolvimento da aterosclerose, como também na vulnerabilidade aumentada amuitas desordens, incluindo o câncer. Desequilíbrios Nutricionais A célula, em seu funcionamento normal, necessita de proteínas, lipídios, vitaminas e minerais. Grande parte dessas substâncias são obtidas por meio de reações metabólicas e síntese proteica; Algumas substâncias precisam ser adquiridas pela alimentação -> a ausência pode acarretar danos celulares; A ausência de algumas vitaminas na alimentação representa uma das principais causas de lesão. Ex: Anorexia, Bulimia, Escorbuto. Agentes físicos Força mecânica; Extremos de temperatura; Radiação; Choque; Alteração brusca de pressão; Lesões traumáticas: feridas abrasivas, laceração de tecidos, torções, corte eperfuração. Reações Imunológicas Reações autoimunes contra os próprios tecidos e as reações alérgicas contra substâncias ambientais, em indivíduos geneticamente suscetíveis; Os anticorpos podem lesar o funcionamento da célula, inibindo ou estimulando uma função. Assim, quando os anticorpos se ligam aos receptores celulares pode ser estimulada uma reação inflamatória. Envelhecimento Celular ou Senescência Celular Resultado do declínio progressivo do tempo de vida e da capacidade funcional das células. Os indivíduos envelhecem porque suas células envelhecem. -> Alterações nas habilidades replicativas e de reparo das células e tecidos -> diminuição da capacidade de responder ao dano -> morte das células e do organismo. Foco de atenção pública para o processo de envelhecimento -> suas manifestações estéticas. Constitui um dos fatores de risco -> para muitas doenças crônicas, como o câncer, a doença de Alzheimer e a doença cardíaca isquêmica. Lesão celular - Mecanismos Principais mecanismos bioquímicos e sítios de lesão celular. ATP, trifosfato de adenosina; ERO, espécies de oxigênio reativo. Mecanismos da lesão celular Depleção deATP: ATP é a principal fonte de energia. Principais causas de depleção de ATP: redução do suprimento de oxigênio e nutrientes, o dano mitocondrial e as ações de algumas toxinas (ex: cianeto: afinidade pela e enzima citocromo c oxidase – bloqueio da cadeia respiratória). Tecidos com maior capacidade glicolítica (fígado) são capazes de sobreviver melhor à perda de oxigênio e ao decréscimo de fosforilação oxidativa do que os tecidos com capacidade limitadapara aglicólise (ex: cérebro). síntese de ATP na cadeia respiratória -> reduz as oxidações e o bombeamento de eletrólitos nas membranas celulares; Redução das sínteses celulares -> redução de glicogênio que se transforma em ácido lático, reduzindo o pH e prejudicando as atividades enzimáticas da célula. Outro efeito da depleção de ATP: é a redução da atividade da bomba de Na+ e K+ na membrana plasmática = desequilíbrio osmótico. A falha da bomba de Na+ provoca influxo de sódio e efluxo de potássio celular, resultando no ganho osmótico de água, causado tumefaçãocelular e dilatação do RE. A falência da bomba de Ca2+ a [ ] desse elemento no citoplasma, o que desencadeia a ativação de diversas enzimas, como as fosfolipases (degradam lipídeos), proteases (clivam proteínas) e endonucleases (cortam o DNA) e dispara o processo de apoptose. Defeitos na Permeabilidade da Membrana Ocorre degradação e redução de lipídios e proteínas -> modificações do citoesqueleto. O aumento da permeabilidade da membrana -> necrose. Esses danos fazem com que os materiais dentro do lisossomo, mitocôndria e até da própria célula extravasem resultando em morte celular. A membrana plasmática pode ser danificada por isquemia, várias toxinas microbianas, componentes líticos do complemento e por uma variedade de agentes químicos e físicos. Consequências morfológicas e funcionais da diminuição de ATP intracelular. RE, retículo endoplasmático. Os radicais livres são elementos químicos que possuem um único elétron não pareado e, devido a isso, são extremamente reativos, atacando ácidos nucléicos, lipídios eproteínas. Acúmulo de Radicais Livres Derivados do Oxigênio (Estresse Oxidativo) ERO´s - Espécies Reativas de Oxigênios. 3 principais: Superóxido (O2-), peróxido de hidrogênio (H2O2) e a hidroxila (OH) - formada em decorrência de reações com o H2O2, sendo esta amais reativa. Nas células saudáveis -> moléculas são produzidas normalmente -> suas [ ] intracelulares são rigorosamente reguladas para evitar seus efeitos lesivos. -> São produzidas pelos leucócitos, principalmente neutrófilos e macrófagos, como uma arma para destruição de micróbios e outras substâncias durante a inflamação e defesa do hospedeiro -> reagem com macromoléculas -> causam lesões. Mecanismos para a remoção de radicais livres 1 – Enzima Superóxido Dismutase -> converte O2-em H2O2. 2 –Catalase: uma das mais importantes enzimas conhecidas, capaz de degradar milhões de moléculas de H2O2 por segundo -> H2O + O2. 3 - Glutationa Peroxidase:converte +OH -> H2O2 -> H2O + O2. Principal função é proteger as células da lesão oxidativa -> é encontrada no citoplasma de todas as células. Os antioxidantes endógenos ou exógenos (p. vitaminas E, A, C e o b- caroteno) podem bloquear a formação de radicais livres ou removê-los, uma vez que tenham sido formados. Mecanismos para a remoção de radicais livres Geração, remoção e papel das espécies reativas de oxigênio (ERO) na lesão celular. A produção de ERO é aumentada por muitos estímulos nocivos. Esses radicais livres são removidos por decomposição espontânea e por sistemas enzimáticos especializados. A produção excessiva ou a remoção inadequada resulta em acúmulo de radicais livres na célula que lesa os lipídios (por peroxidação), proteínas e DNA, resultando em lesão celular. Morfologia das lesões a nível celular 1º - o agente nocivo atua ao nível molecular, alterando a quantidade e as moléculas disponíveis, o que acarreta um desequilíbrio fisiológico, resultando na disfunção celular. Consequências: alterações morfológicas como alteração na sua forma e tamanho. Lesão Reversível celularPrincipais características morfológicas da lesão reversível: tumefação celular e a degeneração gordurosa. Tumefação celular: é resultado da falência das bombas de íons dependentes de energia na membrana plasmática, levando auma incapacidade de manter ahomeostasia iônica e líquida. -> aumento de água intracelular -> a redução de síntese de ATP -> interfere na eficiência da bomba de Na+. A degeneração gordurosa ocorre na lesão hipóxica e em várias formas de lesão metabólica ou tóxica e manifesta-se pelo surgimento de vacúolos lipídicos, grandes ou pequenos, no citoplasma. Tumefação celular É a primeira manifestação de quase todas as formas de lesão celular. Difícil observação na microscopia óptica -> mais visível ao nível do órgão inteiro. Quando afeta muitas células em um órgão, causa alguma palidez (resultante da compressão dos capilares), aumento do turgor e aumento do peso do órgão. Microscopia: pode revelar pequenos vacúolos claros dentro do citoplasma que representam segmentos distendidos e separados do retículo endoplasmático. Padrão de lesão não letal também chamado de degeneração hidrópica ou degeneração vacuolar. Degeneração Gordurosa Presença de vacúolos lipídicos no citoplasma. células que participam doEncontrada principalmente em metabolismo da gordura (ex. hepatócitos e células miocárdicas). As células lesadas podem exibir também coloração eosinofílica que se torna muito mais pronunciada com a progressão para a necrose. Quando afeta muitas células em um órgão causa coloração amarelada devido àpresença de lipídeos. Morte Celular Com a persistência do dano, a lesão torna-se irreversível e, com o tempo, a célula não pode se recuperar emorre. Existem dois tipos de morte celular — necrose e apoptose — que diferem em suas morfologias, mecanismos e papéis na fisiologia e na doença. Apoptose/Necrose Apoptose -> célula privada de fatores de crescimento; -> ou quando o DNA celular ou as proteínas são danificadas sem reparo, a célula se suicida -> caracterizada pela dissolução nuclear sem a perda da integridade da membrana. Necrose -> constitui sempre um processo patológico -> provocado pela alteração da funcionalidade das membranas, possibilitando que o conteúdo presente nas organelas membranosas citoplasmáticas extravase e acelere o processo de degradação enzimática. Figura 1- Características celulares da necrose (esquerda) e da apoptose(direita). Necrose É um tipo de morte celular que está associado à perda da integridade da membrana e extravasamento dos conteúdos celulares. Apresenta alterações no citoplasma e no núcleo das células lesadas. Com a diminuição de glicogênio, o citoplasma fica mais vítreo e se torna vacuolado, devido à degradação das organelas e do seu conteúdo. Necrose As enzimas responsáveis pela digestão da célula são derivadas dos lisossomos das próprias células que estão morrendo ou dos lisossomos dos leucócitos que são recrutados como parte da reação inflamatória às células mortas. Os conteúdos celulares também extravasam através da membrana plasmática lesada e iniciam uma reação (inflamatória) no hospedeiro. Principal via de morte celular em muitas lesões comumente encontradas, como as que resultam de isquemia, de exposição atoxinas, várias infecções etrauma. Alterações citoplasmáticas Eosinofilia aumentada: coloração rósea do corante eosina, o “E” no “H&E” -> Proteínas citoplasmáticas desnaturadas (eosina) e perda de RNA citoplasmático -> perde a basofilia (coloração azul do corante hematoxilina - H); derivadas das Citoplasma vacuolizado: organelas digeridas. Figuras de mielina: massas fosfolipídicas membranas celulares lesadas. As figuras de mielina são mais evidentes nas células necróticas do que nas células com lesão reversível. Alterações morfológicas na lesão celular reversível e irreversível (necrose). A, Túbulos renais normais com células epiteliais viáveis. B, Lesão isquêmica inicial (reversível) mostrando, em células ocasionais, bolhas na superfície, eosinofilia aumentada do citoplasma e tumefação celular. C, Necrose (lesão irreversível) de células epiteliais com perda dos núcleos, fragmentação das células e extravasamento dos conteúdos. Alterações nucleares • -> resultado da redução acentuada de pH na célula morta e da digestão da cromatina e de seu envoltório nuclear. • 1 - Picnose: retração nuclear e aumento da basofilia. o DNA se condensa em uma massa sólida e encolhida. • II - Cariorrexe: o núcleo picnótico sofre fragmentação. Dentro de 1-2 dias, o núcleo da célula morta desaparece totalmente. • III - Cariólise: núcleo apresenta coloração pálida, devido à • dissolução da cromatina -> perda de DNA Destino das células necróticas As células necróticas podem persistir por algum tempo ou ser digeridas por enzimas e desaparecer. As células mortas são substituídas por figuras de mielina que são fagocitadas por outras células ou, mais tarde, degradadas em ácidos graxos. Esses ácidos graxos se ligam a sais de cálcio, resultando em células mortas calcificadas. Padrões de Necrose Tecidual A necrose de um conjunto de células em um tecido ou órgão, por exemplo, na isquemia miocárdica, resulta em morte de todo o tecido e,algumas vezes, do órgão inteiro. Existem vários padrões morfológicos distintos de necrose tecidual, os quais podem fornecer pistas sobre acausa básica. Embora os termos que descrevem esses padrões não reflitam os mecanismos básicos, são de uso comum e suas implicações são compreendidas por clínicos e patologistas. A maioria desses tipos de necrose possui aparência macroscópica distinta. A necrose fibrinoide é detectada apenas por exame histológico. Necrose de coagulação É a forma de necrose tecidual na qual a arquitetura básica dos tecidos mortos é preservada, por pelo menos, algunsdias. Os tecidos afetados adquirem textura firme. Supostamente, a lesão desnatura não apenas as proteínas estruturais, como também as enzimas, bloqueando assim a proteólise das células mortas -> células anucleadas e eosinofílicas persistem por dias ou semanas. Os leucócitos são recrutados para o sítio da necrose e suas enzimas lisossômicas digerem as células mortas. Finalmente, os restos celulares são removidos por fagocitose. É característica de infartos (áreas de necrose isquêmica) em todos os órgãos sólidos, exceto o cérebro. A, Infarto renal em forma de cunha (amarelo), com preservação dos contornos. B, Aspecto microscópico da borda do infarto, com rim normal (N) e células necróticas no infarto (I). As células necróticas mostramcontornos preservados, com ausência de núcleos e infiltrado inflamatório (difícil de perceber nesse aumento)Necrose liquefativa Observada em infecções bacterianas focais ou, ocasionalmente, nas infecções fúngicas porque os microorganismos estimulam o acúmulo de células inflamatórias e as enzimas dos leucócitos adigerirem (“liquefazer”) o tecido. Por motivos desconhecidos, a morte por hipóxia, de células dentrodo sistema nervoso central, com frequência leva a necroseliquefativa. Seja qual for apatogenia, a liquefação digere completamente as células mortas, resultando em transformação do tecido em uma massa viscosa líquida. Finalmente, o tecido digerido é removido por fagocitose. Se o processo foi iniciado por inflamação aguda, como na infecção bacteriana, o material é frequentemente amarelo cremoso e é chamado de pus. Necrose liquefativa. Infarto no cérebro mostrando a dissolução do tecido. Necrose gangrenosa Não é um padrão específico de morte celular, mas o termo ainda é usado comumente na prática clínica. Em geral, é aplicado a um membro, comumente a perna, que tenha perdido seu suprimento sanguíneo e que sofreu necrose de coagulação, envolvendo várias camadas de tecido. Quando uma infecção bacteriana se superpõe, a necrose de coagulação é modificada pela ação liquefativa das bactérias e dos leucócitos atraídos (resultando na chamada gangrena úmida). Necrose caseosa Mais frequentemente em focos de infecção tuberculosa. O termo caseoso (semelhante a queijo) é derivado da aparência friável branco- amarelada da área de necrose. Ao exame microscópico, pela coloração de hematoxilina e eosina, o foco necrótico exibe uma coleção de células rompidas ou fragmentadas, com aparência granular amorfa rósea. da necrose de coagulação, a arquitetura do tecido é obliterada, e os contornos celulares não podem ser Diferentemente completamente distinguidos. A área de necrose caseosa é frequentemente encerrada dentro de uma borda inflamatória nítida; essa aparência é característica de um foco de inflamação conhecido como granuloma. Pulmão tuberculoso com grande área de necrose caseosa contendo restos branco-amarelados e semelhantes a queijo. Necrose gordurosa Refere-se a áreas focais de destruição gordurosa, tipicamente resultantes da liberação de lipases pancreáticas ativadas na substância do pâncreas e na cavidade peritoneal. Ex: pancreatiteaguda. As enzimas pancreáticas que escapam das células acinares e dos ductos liquefazem as membranas dos adipócitos do peritônio, e as lipases dividem os ésteres de triglicerídeos contidos nessas células. Os ácidos graxos liberados combinam-se com o cálcio, produzindo áreas brancas gredosas macroscopicamente visíveis (saponificação da gordura), que permitem ao cirurgião e ao patologista identificar as lesões. Ao exame histológico, os focos de necrose exibem contornos sombreados de adipócitos necróticos com depósitos de cálcio basofílicos circundados por reação inflamatória. Pancreatite aguda:As áreas de depósitos gredosos, brancas, representam focos de necrose gordurosa com formação de sabão de cálcio (saponificação) nos locais da degradação dos lipídiosno mesentério. Necrose fibrinoide É uma forma especial de necrose, visível à microscopia óptica, geralmente observada nas reações imunes, nas quais complexos de antígenos e anticorpos são depositados nas paredes das artérias. Os imunocomplexos depositados, em combinação com a fibrina que tenha extravasado dos vasos, resulta em aparência amorfa e róseo-brilhante, pela coloração do H&E, conhecida pelos patologistas como fibrinoide. Doenças imunologicamente mediadas (ex: a poliarterite nodosa). A parede da artéria mostra área circunferencial de necrose, com depósito de proteína e inflamação. Apoptose Apoptose é uma via de morte celular, induzida por um programa de suicídio estritamente regulado no qual as células destinadas a morrer ativam enzimas que degradam seu próprio DNA e as proteínas nucleares e citoplasmáticas. Os fragmentos das células apoptóticas então se separam, gerando a aparência responsável pelo nome (apoptose,“cair fora”). A membrana plasmática da célula apoptótica permanece intacta, mas é alterada de tal maneira que a célula e seus fragmentos tornam-se alvos atraentes para os fagócitos. Rapidamente, as células mortas e seus fragmentos são removidos antes que seus conteúdos extravasem e, por isso, a morte celular por essa via não induz umareaçãoinflamatórianohospedeiro. Ocorre normalmente em muitas situações e funciona para eliminar células potencialmente prejudiciais e células que tenham sobrevivido mais que sua utilidade. É também um evento patológico quando as células são lesadas de modo irreparável, especialmente quando a lesão afeta o DNA ou as proteínas dacélula; Nessas situações, a célula lesada de modo irreparável é eliminada. A apoptose e a necrose algumas vezes coexistem, e a apoptose induzida por alguns estímulos patológicos progride para a necrose. Apoptose em Situações Fisiológicas A morte por apoptose é um fenômeno normal que funciona para eliminar as células que não são mais necessárias e para manter, nos tecidos, um número constante das várias populações celulares. É importante nas seguintes situações fisiológicas: Destruição programada de células durante a embriogênese: O desenvolvimento normal está associado à morte de algumas células e ao surgimento de novas células e tecidos. A expressão morte celular programada foi criada originalmente para denotar a morte de tipos celulares específicos, em tempos definidos, durante o desenvolvimento de um organismo. Involução de tecidos hormônios-dependentes sob privação de hormônio: tal como a célula endometrial, que se desprende durante o ciclo menstrual, e a regressão da mama após o desmame. Perda celular em populações celulares proliferativas: como o epitélio de cripta intestinal, mantendo assim um número constante. Morte de células que já tenham cumprido seu papel: como os neutrófilos na resposta inflamatória aguda e os linfócitos, ao término da resposta imune. Nessas situações, as células sofrem apoptose porque estão privadas dos sinais de sobrevivência necessários, como os fatores de crescimento. Eliminação de linfócitos autorreativos potencialmente nocivos: antes ou depois de eles terem completado sua maturação, para impedir reações contra os tecidos da própria pessoa. Morte celular induzida por linfócitos T citotóxicos:um mecanismo de defesa contra viroses e tumores que mata e elimina células neoplásicas e infectadas por vírus. MORFOLOGIA Em tecidos corados pelo HE, os núcleos das células apoptóticas exibem vários estágios de condensação e agregação da cromatina e,finalmente, cariorrexe. Em nível molecular, isso é refletido na fragmentação do DNA em peças do tamanho dos nucleossomos. Rapidamente as células retraem, formando brotos citoplasmáticos, e se fragmentam em corpos apoptóticos compostos por vesículas envoltas por membrana contendo citosol e organelas. Em razão de tais fragmentos serem rapidamente expulsos e fagocitados, sem induzir resposta inflamatória, mesmo a apoptose substancial pode, histologicamente, ser indetectável. Aparência morfológica de células apoptóticas. Células apoptóticas (algumas indicadas por setas) do epitélio de cripta do colo. (A colonoscopia preparação para a frequentemente apoptose em células epiteliais, o induz que explica a abundância de células mortas nesse tecido normal.) Note os núcleos fragmentados, com cromatina condensada e corpos celulares retraídos, alguns com falhas. Mecanismos da Apoptose A apoptose resulta da ativação de enzimas chamadas caspases. A ativação das caspases depende de um equilíbrio finamente sintonizado entre vias moleculares pró e antiapoptóticas. Duas vias distintas convergem para a ativação de caspase: via mitocondrial e via receptor de morte. Embora essas vias possam interagir, geralmente são induzidas sob diferentes condições, envolvem diferentes moléculas e exercem papéis diferentes na fisiologia e na doença. AUTOFAGIAà digestãoA autofagia (“comer a si próprio”) refere-se lisossômica dos próprios componentes da célula. Constitui mecanismo de sobrevivência, em períodos de privação de nutrientes, de tal modo que a célula privada de alimento sobrevive ingerindo seu próprio conteúdo e recicla os conteúdos ingeridos para fornecer nutrientes e energia. Nesse processo, as organelas intracelulares e partes do citosol são primeiramente sequestradas do citoplasma em um vacúolo autofágico, formado a partir de regiões livres de ribossomos do retículo endoplasmático. O vacúolo se funde com os lisossomos para formar um autofagolisossoma, que digere os componentes celulares através das enzimas lisossômicas. A autofagia é iniciada por várias proteínas que percebem a privação de nutrientes e estimulam a formação do vacúoloautofágico. Com o tempo, acélula privada de nutrientes não perdurará canibalizando a si mesma; nesse estágio, a autofagia pode também sinalizar amorte celular por apoptose. O estresse celular, como a privação de nutrientes, ativa os genes da autofagia (genes Atg), que iniciam a formação de vesículas revestidas por membrana nas quais as organelas celulares são sequestradas. Essas vesículas se fundem com os lisossomos, onde as organelas são digeridas, e os produtos são usados para fornecer nutrientes à célula. O mesmo processo pode desencadear apoptose por mecanismos ainda não bem definidos.