ED1 - Bioq Fisio - sangue e respiração

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UERJ/IBRAG/DEPARTAMENTO DE BIOQUÍMICA
BIOQUÍMICA FUNCIONAL – 2020/2
ESTUDO DIRIGIDO – SANGUE e RESPIRAÇÃO
Aluno: Felipe Aprigio
1- Quais as principais funções do sangue e das proteínas plasmáticas? O que é
o hematócrito e qual a principal diferença entre plasma e soro?
O sangue e as proteínas plasmáticas possuem como principais funções o
transporte de substâncias, seja para respiração celular, nutrição ou excreção, além do
transporte de hormônios. Também tem como função a regulação do equilíbrio
ácido-base, hídrico e temperatura corporal. Possui também a função de defesa e
hemostasia.
Hematócrito é um parâmetro laboratorial que indica a porcentagem de células
vermelhas (glóbulos vermelhos/hemácias/eritrócitos) no volume total de sangue, essa
porcentagem pode variar com o sexo, altitude e grau de atividade, sendo importante
para identificar e diagnosticar algumas situações, como a anemia.
A principal diferença entre plasma e soro é que no plasma há presença do
fibrinogênio, ou seja, possui anticoagulante evitando a coagulação, já o soro possui
os mesmos componentes que o plasma, com a exceção do fibrinogênio, assim sendo
obtido após a coagulação sanguínea.
2- Qual a composição do plasma? Como a eletroforese de proteínas do soro
pode auxiliar em um diagnóstico? Quais substâncias presentes no plasma ou
soro podem ser importantes no diagnóstico de doenças. Dê exemplos.
O plasma é constituído de água, sais minerais e proteínas plasmáticas,
representando cerca de 55% do volume sanguíneo, sendo constituído por 91,5% de
água, 7% são de proteínas, sais, hormônios, nutrientes, gases e excretas, e 1,5% é
composto por substâncias nitrogenadas não-proteicas, não nitrogenados e
componentes inorgânicos.
A eletroforese de proteínas do soro é uma técnica de separação de proteínas
presentes no plasma humano em frações, de acordo com suas respectivas cargas
elétricas. Sendo o teste de triagem mais utilizado para investigação de anormalidades
protéicas presentes no sangue, assim podendo auxiliar no diagnóstico de doenças
através da dosagem dessas proteínas sanguíneas.
As substâncias presentes no plasma ou soro importantes para o diagnóstico
são:
● Albumina - O aumento dos níveis de albumina acontecem principalmente
como consequência da desidratação, mas não porque houve aumento da
produção dessa proteína, mas porque a quantidade de água é menor. Já
quando existe diminuição da albumina no sangue é porque há situações de
inflamação, há diminuição dos níveis de albumina. Assim, podendo acontecer
em casos de diabetes mellitus, hipertensão, edema, ascite, nas deficiências
nutricionais e na cirrose;
● α1-globulina (AGA e AAT) - O aumento dessa proteína acontece
principalmente diante de inflamações e infecções, podendo indicar, assim,
neoplasias, síndrome de Cushing, artrites, gravidez e vasculites. Já a
diminuição dessa proteína pode acontecer como consequência de síndrome
nefrótica, doenças hepáticas graves, enfisema, cirrose e carcinoma
hepatocelular;
● α2-globulina (CER, hpt e AMG) - O seu aumento pode ser indicativo de
síndrome nefrótica, doença de Wilson, degeneração hepática, coagulação
intravascular disseminada e infarto cerebral. Entretanto, a diminuição dessa
proteína pode acontecer devido a anemias hemolíticas, pancreatite e doenças
pulmonares.
● β1-globulina (Transferrina) - O aumento acontece nos casos de anemia
ferropriva, gravidez, icterícia, hipotireoidismo e diabetes. Já a diminuição dessa
fração de proteínas não é muito frequente, no entanto pode ser observada em
processos crônicos;
● β2-globulina (ptn C reativa e BMG) - Seu aumento pode acontecer no caso
de doenças relacionadas com os linfócitos, inflamações e infecções. Já sua
diminuição pode ser devido a problemas no fígado, o que impede a síntese
dessas proteínas;
● γ-globulina - O aumento das proteínas dessa fração acontecem por causa de
infecções, inflamações e doenças autoimunes, como artrite reumatoide. Porém
sua diminuição pode ser devido a deficiência no sistema imune por causa de
doenças crônicas;
Enzimas teciduais extravasadas: Amilase, lípase (pancreatite);
Transaminases (hepatite); Fosfatase alcalina (osteíte); Fosfatase ácida (prostatite);
Creatina quinase, troponina (infarto do miocárdio);
Proteínas produzidas: Proteínas de fase aguda (infecção); Anticorpos
anormais (mieloma); Anticorpos normais (doenças autoimunes);
Metabólitos ou íons alterados: Colesterol HDL e LDL e triglicerídios
(dislipidemias); Uréia e creatinina (nefrite); Bilirrubina, urobilinogênio (hepatites); Ácido
úrico (gôta); Glicose, corpos cetônicos (diabetes);
3- Explique as fases da hemostasia detalhando a participação das plaquetas e
glicoproteínas no processo. Descreva as vias intrínseca e extrínseca da
coagulação.
As fases da hemostasia são:
Vasoconstrição - A hemostasia tem início a partir do momento em que ocorre
uma lesão no vaso sanguíneo. Como resposta à lesão, acontece a vasoconstrição do
vaso lesionado com o objetivo de diminuir o fluxo sanguíneo local e, assim, evitar a
hemorragia ou a trombose. Outro fator que ajuda na vasoconstrição é a liberação de
grânulos pelas plaquetas que contém serotonina e TXA2, que vão atuar nas células
endoteliais potencializando a vasoconstrição.
Hemostasia Primária - A partir dessa lesão no vaso sanguíneo e com a
exposição do colágeno do subendotélio vascular acontece a ligação de glicoproteínas
de membrana ao colágeno mediante receptores específicos e complexos
glicoprotéicos, como GP Ia e IIa, GP VI e a GP Ib-IX-V, com isso, tem-se o início da
adesão plaquetária no endotélio sanguíneo por meio do fator de von Willebrand.
Assim que ativadas, as plaquetas expõem glicoproteínas (GP IIb/IIIa) para a
ligação plaqueta + plaqueta, além de alterar o seu formato para que possam liberar o
seu conteúdo/grânulos no plasma, como adenosina-difosfato (ADP), serotonina e
tromboxane A2 (TXA2), que tem como função recrutar mais plaquetas para o local da
lesão, e passam a aderir umas às outras, formando o tampão plaquetário primário,
que possui efeito temporário. As plaquetas são ativadas após a ligação da trombina a
receptores PAR1, PAR4 (Rc ativado por protease) e GPIb-IX-V.
Hemostasia Secundária - A coagulação sanguínea consiste na conversão de
uma proteína solúvel do plasma, o fibrinogênio, em um polímero insolúvel, a fibrina
(essencial para o processo de estancamento do sangue), por ação de outra enzima, a
trombina. Então, ao mesmo tempo que ocorre a hemostasia primária, a cascata de
coagulação é ativada, fazendo com que as proteínas responsáveis pela coagulação
sejam ativadas. Como resultado da cascata de coagulação há formação de fibrina,
que tem como função reforçar o tampão plaquetário primário, tornando-o mais
estável. Neste processo também ocorrem reações químicas entre várias proteínas
que convertem pró-enzimas (zimógenos) em enzimas (proteases).
Via intrínseca - Todos os fatores estão presentes no sangue, e inicia-se a
partir da interação do fator XII (fator de contato serino proteases) com uma superfície
aniônica (carregada negativamente), como as membranas das células da matriz
subendotelial, o colágeno, a endotoxina e o vidro. Além do fator XII, estão envolvidos
neste processo o fator XI, a pré-calicreína e o cininogênio de alto peso molecular
(HMWK = high molecular weight kinogen). Dessa interação destes elementos é
ativado o fator XI, que transforma o fator IX em IXa. O fator IXa e o fator VIIa
associam-se à superfície de fosfolipídio através de uma "ponte" de cálcio estimulando
a conversão de fator X para Xa. Sendo, então, a reação final a ativação do fator X que
ocorre na superfície plaquetária.
Via extrínseca - a coagulação é desencadeada quando os tecidos lesados
liberam o fator tecidual (tromboplastina tecidual / FT) para deflagrar a cascata de
coagulação, formando um complexo com o fator VII, mediado por íons de cálcio. Este
complexo age sobre o fator X estimulando sua conversão em Xa. Do mesmo jeito que
a via intrínseca, a reação final desta via também ocorre a ativação do fator X na
superfíciecelular.
A partir deste ponto, as duas vias encontram um caminho comum em que
ocorre a conversão de protrombina em trombina que, por sua vez, estimula a
transformação de fibrinogênio em fibrina. Essa síntese de fibrina ocorre a partir da
proteólise do fibrinogênio pela trombina ao final da cascata de coagulação. O fator XIII
apresenta atividade de transglutaminase (Tglu) catalisando a polimerização da fibrina
formando uma rede insolúvel na qual as plaquetas, assim como outras células do
sangue, se ligam.
4- Explique o processo de fibrinólise e seu mecanismo de controle.
A fibrinólise é uma etapa da hemostasia que consiste no processo de
destruição do tampão hemostático de forma gradual, para restaurar o fluxo sanguíneo
normal, evitando a trombose, uma vez que as células endoteliais se regeneraram da
lesão. Esse processo é mediado pela plasmina, que é uma proteína proveniente do
plasminogênio e que tem como função degradar a fibrina. Uma vez reparado, o vaso
não mais necessita do coágulo para impedir que o sangue extravase. Assim, o
coágulo é dissolvido por degradação da fibrina pela enzima plasmina, que é secretada
pelos tecidos sob a forma inativa, o plasminogênio. As células endoteliais secretam a
proteína ativadora do plasminogênio tecidual (t-PA) que ativa o plasminogênio em
plasmina, tendo o resultado final a degradação do coágulo de fibrina.
A plasmina possui especificidade de substrato ampla e capacidade de clivar
além da fibrina, como por exemplo, fibrinogênio, várias proteínas plasmáticas e
fatores de coagulação. Devido a isso, a α2-antiplasmina, presente no plasma,
combina-se com o excesso de plasmina liberada, impedindo o aparecimento de
fibrinólise generalizada, já a plasmina ligada ao coágulo de fibrina está protegida da
inativação, assim a fibrinólise localizada é alcançada. Esta proteína está presente na
circulação em concentração plasmática 10 vezes maior do que a plasmina.
Outro regulador da fibrinólise é o PAI-1 (inibidor 1 do ativador de
plasminogênio) que é o principal inibidor da t-PA, sendo esta uma das responsáveis
pelo início da fibrinólise intravascular. Pessoas com deficiência em PAI-1 tem
tendência a formação de trombos, e a ter trombose.
5- Qual(is) o(s) mecanismo(s) de ação dos anticoagulantes utilizados in vitro e
como os anticoagulantes fisiológicos que atuam sobre a coagulação?
O EDTA (Ácido etilenodiamino tetracético), o oxalato de K+, Na+, NH4+ e Li+ e
o fluoreto de sódio são anticoagulantes usado em in vitro, pois eles atuam como
agentes quelantes de Ca2+ (capturam o cálcio) que é um importante íon para o
processo de coagulação, então, acabam impedindo que ocorra esse processo de
coagulação. A Heparina (HEP) é um anticoagulante natural e atua interferindo na
conversão de protrombina em trombina. Existe também o Heparinato de lítio que é um
anticoagulante usado in vitro que atua inibindo a antitrombina, o fator IX e impede
agregação plaquetária.
A antitrombina III é um anticoagulante fisiológico e um inibidor de protease
plasmático circulante. Esse anticoagulante inibe a trombina e o fator Xa, que são duas
enzimas essenciais para a cascata de coagulação. Além disso, a antitrombina III
também inibe o fator IXa, o fator XII ativado e o fator XI, que atuam na cascata de
coagulação da via intrínseca. O ativador e potencializador da antitrombina III é a
heparina, que é um glicosaminoglicano encontrado em grânulos secretórios de
mastócitos e no tecido conjuntivo frouxo, e que se liga a um sítio discreto na molécula
antitrombina III, a qual então sofre uma alteração conformacional, e se complexa com
a trombina inibindo de forma instantânea e irreversível, e uma vez complexada com a
antitrombina III a trombina perde sua função na formação do coágulo. Na ausência da
heparina, a antitrombina III inibe a trombina e o fator Xa de forma relativamente lenta.
O aumento da inibição de trombina e fator Xa é a base do uso terapêutico da
heparina como anticoagulante.
Outro mecanismo anticoagulante é a proteína C e a proteína S (cofator para
proteína C ativada), que quando ativados formam o complexo proteína C-proteína S
ativado, e degradam o fator Va e fator VIIIa, que são os dois cofatores responsáveis
pela montagem do complexo de protrombinase e tenase intrínseca na cascata de
coagulação.
O TFPI (Inibidor da via do fator tecidual) é um anticoagulante e um inibidor de
protease plasmático circulante sintetizado pelo endotélio microvascular. Diferente de
antitrombina III, a concentração plasmática de TFPI é baixíssima. O TFPI inibe
diretamente o fator tecidual-fator VII (VIIa) + Ca2+, impedindo esse complexo de atuar
na cascata de coagulação, assim inibindo a formação dos fatores Xa e IXa.
6- Descreva as características estruturais da Hb. O que são as formas T e R,
quais as modificações estruturais que ocorrem em cada uma delas e sua
importância fisiológica? Quais as principais formas das Hb e suas
denominações.
A hemoglobina (Hb) é uma proteína globular tetramérica, ou seja, possui
formato esférico e com 4 subunidades, sendo dois pares de cadeia polipeptídica
distintas, como alfa 1 e 2 e beta 1 e 2, cada uma ligada ao grupo prostético heme.
Cada Hb transporta 4 moléculas de O2, porque possui 4 grupamento heme em cada
Hb.
A forma T (tensa) ou desoxihemoglobina acontece quando a Hb está
desoxigenada, ou seja, não está ligada a moléculas de O2, com isso, a sua
conformação é de um maior afastamento entre as cadeias betas, dessa forma, o Fe++
do grupo heme está mais levemente para fora do plano da porfirina no grupo heme da
desoxi-Hb, deixando-a mais instável. Entretanto, a forma R (relaxada) ou
Oxihemoglobina acontece quando a primeira molécula de O2 se liga ao grupo heme
da Hb, ficando oxigenada e facilitando a ligação das outras moléculas de O2, com
isso, sua conformação é alterada havendo estreitamento entre as cadeias betas,
assim, o Fe++ se move para o plano do heme quando há a oxigenação da Hb, isso a
torna mais estável. As mudanças conformacionais possuem uma grande importância
porque resulta em uma maior afinidade de O2 por outros sítios heme desocupados,
desse modo, facilitando as ligações do O2, e tendo uma uma propriedade que permite
a hemoglobina ligar quantidade máxima de O2 no pulmão e liberar quantidade
máxima de O2 nos tecidos periféricos (Cinética de ligação cooperativa).
As principais formas da Hb são:
Hb – desoxihemoglobina, ferrohemoglobina ou Hb reduzida, heme com Fe2+;
HbO2 – oxihemoglobina, Hb-Fe2+ totalmente oxidada, contém 4 O2 / molécula de
Hb;
HbCO2 – carbohemoglobina, Hb-Fe2+ combinada com CO2;
HbCO – carboxihemoglobina (Hb-Fe2+ pode se combinar com até 4 moléculas de
CO), fotossensível, dissocia-se em presença de luz liberando CO, tem coloração
vermelho cereja brilhante: A afinidade da Hb pelo CO é 200 X maior do que pelo O2;
A afinidade da Mb pelo CO é 37 X maior do que pelo O2;
HbNO – muito estável. Hb-Fe2+ pode se combinar com até 4 moléculas de NO;
MetHb – metahemoglobina, Hb-Fe3+ . Não se liga ao O2 nem ao CO. Met-Hb é
formada em pequena quantidade, sendo enzimaticamente reduzida a Hb;
Hb glicosilada – Hb-Fe2+ glicose no eritrocito se liga ε-amino Lis terminal Hb –
reflete a concentração média de glicose sanguínea (vida eritrócito = 60 dias);
7- Quais características dos gases permitem as trocas gasosas nos tecidos e
pulmões?
A característica dos gases que permite a troca gasosa é a diferença de
pressão parcial dos gases, tanto nos alvéolos pulmonares, com o ar inspirado, quanto
nos tecidos periféricos. Outro fator que contribui para que ocorra essa troca gasosa é
a concentração dos gases que entram e que saem, como a [O2] é maior no pulmão,
acaba facilitando a troca de CO2 nos capilares pulmonares por O2, que penetra por
difusão nesses vasos sanguíneos. Já a [CO2] é bem maior nos tecidos periféricos,
devido ao metabolismo celular, o que facilita a realização dessa troca, ou seja, a
liberação de O2 para os tecidos e captação de CO2 dos tecidos. Além disso, existe a
capacidade de dissolução e difusão, onde o CO2 é 20 vezes maiordo que a do O2.
8- Discuta sobre os fatores que afetam a curva de dissociação da Hb com o O2.
Vários fatores interferem na dissociação da oxihemoglobina como a
temperatura, o pH, as tensões do CO2, O2, CO, DPG (2,3 difosfoglicerato).
Quanto maior a temperatura, maior é o deslocamento térmico, e maior será a
liberação de O2 pela Hb, com isso o deslocamento da curva de saturação vai para a
direita. Por isso, o aumento de temperatura durante o exercício facilita a liberação de
O2 no músculo. Já a diminuição da temperatura há um deslocamento da curva para a
esquerda, tornando a Hb com mais afinidade pelo O2, consequentemente liberando
menos O2.
A diminuição do pH, ou seja, mais ácido, desfavorece a ligação da Hb com o
O2, ou seja, a curva de saturação se desloca para a direita, fazendo com que essa
alta afinidade que a Hb tinha pelo O2 acabe diminuindo, ocorrendo fácil liberação do
O2. Já o aumento do pH (mais básico) faz com que a Hb tenha maior afinidade pela
molécula de O2, assim, havendo menor liberação de oxigênio. Dessa forma, a curva
de saturação se desloca para a esquerda.
A tensão ou pressão parcial do gás atua de forma em que esse gás passa para
o meio de maior concentração para o de menor concentração. Esse processo de troca
gasosa só ocorre devido a diferença de pressão parcial no pulmão com o sangue
venoso.
A ligação do monóxido de carbono (CO) com a Hb ocorre no grupamento heme
e possui mais de 200 vezes maior afinidade que O2. Após ligação do CO na Hb, o O2
não desliga da Hb. Caso haja aumento na [CO] a curva tende a se deslocar para a
direita, assim, ocasionando a maior afinidade pelo O2, se houver diminuição da [CO]
haverá menor afinidade pelo O2, tendo maior liberação dessa molécula.
A DPG é um produto exclusivo do metabolismo das hemácias, e atua como
regulador alostérico negativo da Hb. O DPG liga-se na cavidade central da Hb e está
ligação é estabilizada por interações eletrostáticas com resíduos de carga positiva,
através do grupo amino do resíduo de Val N-terminal das 2 cadeias da desoxiHb,
porém não se liga à oxiHb, levando a redução da afinidade da Hb pelo O2, desse
modo, facilitando a desoxigenação. O aumento de DPG altera a curva de dissociação
da Hb para a direita, facilitando a liberação do O2, e caso haja diminuição do DPG a
curva andará para a esquerda, dificultando a liberação de O2 e aumentando a
afinidade pelo O2. Sem o 2,3-BPG a Hb seria um transportador de O2 ineficiente, pois
liberaria apenas 8% de sua carga nos tecidos.
9- Quais as formas de transporte do O2 e CO2 no organismo?
O transporte de O2 no sangue é feito, em sua maioria, pela Hb ou
oxihemoglobina, cerca de 97% a 98%, e o restante é feito a partir de dissolução no
sangue, onde 1 L de plasma dissolve 2,3 mL de O2, numa temperatura de 38ºC.
Já o transporte de CO2 no sangue é feito através do bicarbonato/ácido
carbônico, cerca de 75% a 80%, onde a enzima anidrase carbônica atua de forma a
hidratar o CO2, tendo como produto o ácido carbônico, e posteriormente esse ácido
carbônico se dissolve espontaneamente em bicarbonato, liberando o H+. Outro forma
de transporte é através do composto carbamino ligado à Hb, cerca de 10% a 15% do
CO2, que se dá pela formação e interação do CO2 com o N-terminal das cadeias da
Hb. E a última forma de transporte de CO2 é feita por dissolução no plasma, cerca de
6% a 10%.
10- Explique os efeitos Bohr, Haldane e desvio dos cloretos.
O efeito Bohr acontece nos tecidos periféricos quando a afinidade da Hb pelo
O2 diminui à medida em que o pH também diminui (mais ácido), abaixo de 7,4, ou
seja, quando a Hb se liga ao oxigênio, ela libera prótons H+ e quando se desliga do
O2, ela incorpora H+. Dessa maneira, se a Hb é colocada num meio contendo
excesso de prótons (pH mais baixo) ela diminui sua afinidade pelo O2, e cede O2 com
mais facilidade (menor afinidade). Caso seja colocada num meio de pH mais elevado,
ela aumenta sua afinidade pelo O2. Se essa alteração do pH não acontecesse,
apenas 66% do O2 seria liberado pela Hb.
O efeito Haldane acontece no pulmão quando a Hb se liga ao O2, e sua
afinidade pelo CO2 é diminuída, ocorrendo a liberação de H+ que se combina com
HCO3-, formando CO2 para ser liberado pelos pulmões. Isso ocorre devido a elevada
tensão de O2 e baixa tensão de CO2. Assim, em meio de menor pressão de CO2, a
afinidade pelo O2 aumenta, e em meio de maior pressão de CO2, a afinidade de O2
diminui. Com a Ligação de O2 ao heme, há liberação de CO2 do composto
carbamino.
O desvio dos cloretos acontece tanto nos tecidos periféricos quanto nos
pulmões, quando o ácido carbônico formado nas hemácias se dissocia em íons
hidrogênio e bicarbonato. Porém, grande parte dos íons hidrogênio se combina com a
hemoglobina, pois essa proteína é um potente tampão ácido-básico. Com isso, a
maioria do bicarbonato se difunde para o plasma enquanto os íons cloreto se
difundem para as hemácias, tomando o seu lugar, ocorrendo no plasma dos tecidos
periféricos. Ao chegar nos alvéolos pulmonares, acontece a reação inversa, onde o
bicarbonato é incorporado pela hemácia e há a liberação dos íons de cloreto no
plasma. Dessa forma, o cloreto das hemácias no sangue venoso é maior do que o
das artérias.