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1 Rafaela Pamplona Introdução à Endocrinologia As múltiplas atividades das células são coordenadas pela inter-relação de vários tipos de sistemas de mensageiros químicos - Neurotransmissores: ocorre a liberação de substâncias químicas nas junções sinápticas, que atuam localmente para controlar as funções das células nervosas. - Hormônios Endócrinos: glândulas ou células especializadas liberam no sangue circulante substâncias químicas que influenciam a função das células-alvo em outros locais do corpo - Hormônios Neuroendócrinos: são secretados por neurônios no sangue circulante e influenciam a função da célula-alvo em outro local do corpo. - Parácrino: secretados por células no liquido extracelular, afetando as células adjacentes - Autócrino: secretados por células no liquido extracelular e afetam a função da mesma célula que o produziu, ligando-se a receptores de membrana - Intácrina: especialização da autócrina, visa atuação dentro da própria célula, não chegando a haver exteriorização do sinal, sendo necessário receptor intracelular - Citocinas: são peptídeos secretados por células no liquido extracelular e podem funcionar como autócrina, parácrina ou endócrino. Os múltiplos sistemas hormonais do organismo desempenham papel- chave na regulação de quase todas as funções, incluindo o metabolismo, crescimento e o desenvolvimento, o equilíbrio hidroeletrolítico, reprodução e o comportamento. Hormônios Substâncias químicas liberadas para a corrente sanguínea por tipos específicos de células para atuar sobre células – alvo distantes. Mecanismo para manter a estabilidade do meio interno das células na vigência de fluxos irregulares de nutrientes, minerais e água. Secreção hormonal induzida por modificações específicas daquele meio ambiente. → homeostasia Funções Gerais do Sistema Hormonal Regulação do equilíbrio do sódio e água, além do controle do volume sanguíneo e da pressão arterial Regulação do equilíbrio do cálcio e fosfato para preservar as concentrações no liquido extracelular necessárias a integridade da membrana celular e a sinalização intracelular Regulação do balanço energético e controle da mobilização, da utilização e ado armazenamento da energia para suprir as demandas metabólicas Coordenação das respostas contrarreguladoras hemodinâmicas e metabólicas ao estresse Regulação da reprodução, desenvolvimento, crescimento, envelhecimento e comportamento ♥ Os órgãos endócrinos têm sua função controlada por hormônios liberados no sistema circulatório ou produzidos localmente, ou por estimulação neuroendócrina direta. A integração da produção hormonal pelos órgão endócrinos é regulada pelo hipotálamo. Relação entre o Sistema Endócrino – Neural - Imune Neuroendócrino O Sistema Endócrino tem como função a produção de substâncias através das glândulas (produz ou secreta alguma substância com função pré-determinada, seja hormônio ou outras secreções) e junto do SN atua na coordenação de todas as atividades do organismo, mantendo a homeostase. Características Comuns - Sistemas de sinalização: secretam produtos na corrente sanguínea - Funcionamento do tipo estímulo – resposta ~ Sinais altamente localizados, específicos ou de finalidade ampla, generalizada. ~ Integração dos estímulos recebidos com a resposta homeostática. - Células geradoras de potenciais elétricos e com capacidade de despolarização 2 Rafaela Pamplona - Mesma célula pode produzir aminas biogênicas neurotransmissoras ou hormônios peptídicos - Mesmo gene pode produzir peptídeos hormonais, neurotransmissores ou ambos Ex.: Regulação da glicemia e do volume sanguíneo Neurônios e células da glia Células e glândulas endócrinas - A diferença é relacionada ao tipo de estímulo ▪ Nervoso–sinapses: estímulo eletroquímico ▪ Endócrino – hormônio: estímulo químico Endócrino-imune Liberação das citocinas por células imunitárias e sua atuação sobre as células-alvo dos hormônios. Células produtoras de hormônios podem ser alvos das citocinas ↳ coordenação das respostas imunes e endócrinas a um estímulo comum Produção de hormônios clássicos por células imunes com atuação local ou à distância (característica hormonal) Células Hormonais Clássicas (endócrinas): hipofisárias; tireóideas; suprarrenais; gonádicas; paratireóideas; ilhotas pancreáticas Células não–endócrinas: renais (eritropoetina); atriais cardíacas (PNA); endoteliais (endotelina; NO); do sistema imune (interleucinas); plaquetas e mesenquimais (fatores de crescimento); adipócitos (leptinas) Sinalização clássica X Sinalização não clássicas Mecanismos de Sinalização ou Comunicação Parácrina As moléculas sinalizadoras extracelulares produzidas pela célula sinalizadora difundem-se localmente, interagindo apenas com células-alvo próximas à célula sinalizadora. Essas moléculas têm difusão restrita e são eliminadas rapidamente por enzimas, ou são retidas pela matriz extracelular. Autócrina As células respondem às moléculas sinalizadoras que elas mesmas produzem. Obs.: sinalização importante durante o desenvolvimento embrionário, pois atua na determinação da via de diferenciação. Endócrina As células sinalizadoras são chamadas de células endócrinas, responsáveis por liberar moléculas sinalizadoras, chamadas de hormônios. Os hormônios podem ser distribuídos por todo o corpo, já que são secretados na corrente sanguínea., as células-alvo para esses hormônios apresentam o receptor específico. Neuroendócrina Através dos axônios, os neurônios estabelecem contato com células- alvo distantes. As moléculas sinalizadoras secretadas pelos neurônios são chamadas de neurotransmissores. Os neurotransmissores são liberados de forma rápida e atuam de modo específico em uma célula-alvo. Envolve liberação de mensageiros químicos através de terminações nervosas. As substâncias de natureza neurócrina podem atingir seus alvos de três maneiras: a. Neurotransmissor é liberado diretamente para o espaço intercelular, na fenda sináptica, e agirá inibindo ou estimulando a célula pós-sináptica. b. Sinalizador neural é transferido através de uma junção gap ou junção comunicante, que é uma especialização de membrana encontrada entre neurônios, entre neurônios e células endócrinas e entre células endócrinas. As junções comunicantes permitem o movimento de pequenas moléculas e sinais elétricos, criando um sincício funcional. c. Neuro-hormônio é liberado por um neurônio neurossecretório para o sangue e atinge uma célula-alvo distante. Ex.: ocitocina e o ADH. 3 Rafaela Pamplona Classificação Química – Tipo de Hormônio A importância do caráter de hidrossolubilidade dos hormônios determina os processos de síntese, secreção, transporte, metabolização, tipo de receptor e o mecanismo de ação. Classe quimica Exemplo Local de sintese Derivados de lipidios Hormônio esteroides Aldosterona, cortisol e andrógenos Córtex supra-renal Testosterona Testiculos Estrógenos e progesteroga Ovários Eicosanóides Prostaglandinas e leucotrienos Todas as células, exceto eritrócitos Derivados de aminoácidos T3 e T4 Glândula tireóide (cél foliculares) Adrenalina e noradrenalina Medula supra-renal Peptídeos e proteínas Hormônios hipotalámicos Hipotálamo Lipossolúveis ou Hidrofóbicos – solúveis em lipídios Hormônios esteroides: derivados do colesterol Hormônios tireoidianos: sintetizados pela fixação de iodo ao AA tirosina (triiodotironina – T3 e tiroxina – T4) Necessitam de transportadores sanguíneos ↳ A maioria se liga às proteínas transportadoras, sintetizadas pelas células hepáticas, tendo três funções: 1. Aumentam a solubilidade no sangue 2. Retardam a passagemde pequenas moléculas hormonais pelo mecanismo de filtração renal, reduzindo, assim, a velocidade da perda hormonal pela urina. 3. Formam reserva hormonal na corrente sanguínea. Receptor intracelular (citoplasma ou núcleo): a molécula sinalizadora se difunde através da membrana e se liga a receptores nucleares ou do citosol O complexo hormônio-receptor se liga ao DNA e induzem uma modificação da expressão gênica, por ativarem ou inibirem RNAm Resposta celular lenta Hidrossolúveis ou Hidrofílicos – solúveis em água Hormônios aminados: possuem radical amina (NH3+) - Catecolaminas (epinefrina, norepinefrina e dopamina): derivados da tirosina - Histamina: sintetizada, a partir da histidina, pelos mastócitos e plaquetas - Serotonina e a melatonina: derivadas do triptofano Hormônios peptídicos/proteicos: são polímeros de AA - Antidiurético e ocitocina - Hormônio do crescimento humano (GH) e a insulina - Hormônio estimulador da tireoide (TSH) Hormônios eicosanoides: derivados do ácido araquidônico (ácido graxo), importantes hormônios locais - Prostaglandinas e os leucotrienos Receptor extracelular: localizado na membrana plasmática da célula-alvo, por isso o hormônio é chamado de 1º mensageiro e participa de um mecanismo de transdução de sinal intracelular. Desta forma, ocorre transferência de sinal e a ativação do 2º mensageiro, que realizam amplificação do sinal inicial ↳ Principais 2º mensageiros são: AMPc, IP3, cálcio, diacilglicerol (DAG) ♥ Importância Clínica Os hormônios esteroides e tireoidianos não são desintegrados durante a digestão e atravessam facilmente o revestimento intestinal porque são lipossolúveis, sendo eficientes quando ingeridos oralmente. Os hormônios peptídicos e proteicos, assim como a insulina, não são medicamentos orais eficazes, porque são destruídos pelas enzimas digestivas por meio da decomposição de suas ligações peptídicas. É por isso que as pessoas insulino-dependentes precisam das injeções de insulina. Tipos de hormônios Aminas Tirosina (catecolaminas e tireoides) Proteicos e peptídeos Maioria Esteroides Colesterol (adrenocorticais e reprodução) Prostanóides Ácidos graxos insaturados 4 Rafaela Pamplona ♥ Comparação entre hormônios peptídicos, esteroides e derivados de aminoácidos ♥ Resumo anatômico hormonal ⇒ G= glândula; C= célula; N= neurônio; P= peptídeo; S= esteroide; A= derivado de AA 5 Rafaela Pamplona Síntese dos Hormônios Peptídicos / Proteicos Hormônios peptídeos são produzidos como pré-pró-hormônios grandes e inativos, que incluem: uma sequência-sinal, uma ou mais copias do hormônio e fragmentos peptídicos adicionais Sofrem processamento pós-tradução, sendo armazenados em grânulos secretores antes de ser liberado por exocitose Ex.: insulina, glucagon e ACTH (hormônio adrenocorticotrófico) Geral: um gene para cada hormônio protéico Vários genes contendo a mesma sequência Um gene pode originar mais de uma mensagem de RNA e peptídeos diferentes Obs.: se um hormônio não é um hormônio esteroide e nem um derivado de aminoácidos, então deve ser um peptídeo ou uma proteína. DNA ⇒ Transcrição Gênica → RNA mensageiro Pré-pró-hormônio Peptídeo sinalizador (ancoragem no RE) + Hormônio + Co-peptídeos (funções conhecidas ou não) 1. O RNAm nos ribossomos uni os AA, formando uma cadeia peptídica, chamada de pré-pró-hormônio. A cadeia é direcionada para dentro lúmen do RE por uma sequência-sinal de AA. 2. As enzimas no RE retiram a sequência-sinal, gerando um pró-hormônio 3. O pró-hormônio passado RE para o aparelho de Golgi 4. Vesículas secretoras contendo enzimas e o próprio pró-hormônio brotam do aparelho de golgi. As enzimas clivam o pró-hormônio, formando um ou mais peptídeos ativos mais fragmentos peptídicos adicionais. 5. As vesículas secretoras liberam o seu conteúdo por exocitose no espaço extracelular 6. O hormônio entra na circulação para ser transportado até a célula-alvo Amínicos Sintetizados a partir do aminoácido tirosina, sendo dependentes da captação Exige um conjunto de enzimas específicas relacionadas à produção do hormônio final Armazenados na sua forma final (catecolaminas) ou conjugados (tireoidianos) ↳ Os mecanismo de ação das catecolaminas são similares aos peptídeos (hidrossolúveis) ↳ As iodotironinas têm o seu mecanismo similar aos hormônios esteroidais (lipossolúveis) Podem sofrer alterações fora da glândula de origem que modificam sua atividade Tireoide Medula adrenal - Sintetizado na glândula tireoide e incorporada a tireoglobulina - Secreta 4x mais epinefrina que norepinefrina - Armazenada em grandes folículos na tireoide - Armazenada em grânulos secretores - Secreção: clivagem das tireoglobulinas - Secreção por exocitose - Transporte através da globulina de ligação à tiroxina (liberação lenta na célula-alvo) - Transportadas na forma livre ou conjugada Esteroidais Derivados do colesterol Sintetizados no córtex da glândula suprarrenal, nas gônadas (ovários e testículos), placenta e na pele (vitamina D) → sintetizados no REL São lipossolúveis, circulam no plasma ligados as proteínas carregadoras e atravessam a membrana para se ligarem a receptores intracelulares citosólicos ou nucleares Não são estocados nas células endócrinas, devido à sua natureza lipofílica Produzidos sob demanda e se difundem para fora da célula endócrina 6 Rafaela Pamplona 1. A maioria dos esteroides hidrofóbicos está ligada a proteínas carreadoras plasmáticas. Somente hormônios não ligados põem se difundir para dentro das células-alvo. 2. Os receptores de hormônios esteroides estão no citoplasma ou no núcleo 2a Alguns hormônios esteroides também se ligam a receptores de membrana que usam sistemas de segundos mensageiros para criar respostas celulares rápidas. 3. O complexo hormônio-receptor liga-se ao DNA e ativa ou inibe um ou mais genes 4. Os genes ativos criam novos RNAm que se movem de volta ao citoplasma 5. A tradução produz novas proteínas para os processos celulares. Secreção Hormônios Proteicos e Catecolamínicos – Hidrossolúveis Mecanismo de secreção envolve o empacotamento das moléculas em vesículas (chamadas vesículas ou grânulos secretórios) As vesículas se formam paralelamente ao processo de síntese, a partir de pequenos fragmentos de membranas do RE ou do sistema de Golgi Mecanismos secretórios, em geral envolvendo aumento da concentração intracelular de cálcio livre, ativam a contração de estruturas do citoesqueleto, promovendo a mobilização das vesículas para a superfície celular Após o contato da membrana da vesícula com a membrana plasmática, ambas de caráter lipofílico, essas membranas se fundem, e o conteúdo das vesículas é exposto ao meio extracelular (= fenômeno de extrusão do conteúdo do grânulo ou exocitose) Obs.: o estímulo para secreção hormonal costuma envolver alterações do cálcio intracelular ou alterações do monofosfato de adenosina cíclico (AMPc) na célula. Hormônios Tireoidianos e Esteroidais – Lipossolúveis Não são armazenados em grânulos, sendo secretados por difusão à medida que vão sendo sintetizados Não há estoque desses hormônios na célula secretora Secreção é regulada diretamente pela maior ou menor atividade da enzima chave do processo de síntese hormonal Compartimentos citoplasmáticos → Livres no citoplasma → Transferência através da membrana (difusão) Regulação da Secreção Hormonal Controle por feedback Controle neural Controle cronotrópico Hormônio – hormônio Adrenérgico Oscilante Substrato – hormônio Colinérgico Pulsátil Mineral – hormônio Dopaminérgico Ritmo diurno SerotoninérgicoCiclo sono-vigília Endorfinérgico/ encefalonérgico Ritmo menstrual Gabaérgico Ritmo sazonal Ritmo de desenvolvimento 7 Rafaela Pamplona Controle por feedback ou retroalimentação: a concentração do hormônio se mantem oscilando em torno de um valor constante (manutenção do equilíbrio de secreção). Controle neural: as ações ou produtos hormonais são controlados por variações na produção de neurotransmissores. Ex.: adrenalina e glucagon Controle cronotrópico: alterações relacionadas aos ciclos circadianos que podem interferir na produção hormonal. Ex.: sazonalidade. Controle por Feedback Negativo O hormônio (ou um de seus produtos) exerce efeito de feedback negativo para impedir a hipersecreção do hormônio ou a hiperatividade no tecido-alvo O estimulo produz uma resposta oposta, mantendo a homeostase e garantindo o nível apropriado de atividade do hormônio no tecido-alvo Ex.: a insulina é secretada pelas células ᵦ-pancreáticas em resposta a um aumento do nível de glicemia. Por sua vez, a insulina provoca aumento da captação de glicose pelas células, resultando em diminuição da glicemia. A diminuição da glicemia reduz, então, a secreção adicional de insulina. Controle por Feedback Positivo É explosivo e auto reforçador – surtos de secreção hormonal Um hormônio tem ações biológicas que, direta ou indiretamente, aumentam sua secreção Ex.: o pico de hormônio luteinizante (LH) que ocorre exatamente antes da ovulação resulta do feedback positivo do estrogênio sobre a adenohipófise. Em seguida, o LH atua sobre os ovários e provoca mais secreção de estrogênio. Ritmos de Secreção Os neurônios do núcleo supraquiasmático (SCN) impõem um ritmo diário (=ritmo circadiano) sobre a secreção dos hormônios hipotalâmicos de liberação e dos eixos endócrinos que eles controlam Os neurônios SCN representam um relógio circadiano intrínseco, apresentando um pico espontâneo de atividade elétrica no mesmo momento em cada 24 a 25 horas, esse ciclo pode ser "alterado" pelo ciclo claro-escuro ambiental criado pela rotação da Terra. Condições constantes de luz ou escuro alteram o relógio SCN, que se torna "descontrolado" e flutua além do ciclo de 24 horas a cada dia A glândula pineal faz a ligação entre o SCN e processos fisiológicos que requerem o controle circadiano ↳ Sintetiza o hormônio melatonina pelo neurotransmissor serotonina, que tem o triptofano como precursor. A enzima limitante para a síntese de melatonina é a N-acetiltransferase ↳ A síntese de melatonina é inibida pela luz e estimulada pelo escuro Estresse como modulador ou como estresse metabólico (ex.: hemorragia, inflamação) ou como estresse emocional (ex.: medo, ansiedade). ↳ Grandes estresses físicos ou cirúrgicos descontrolam o relógio circadiano e causam um padrão persistente e exagerado de liberação hormonal que mobiliza glicose e ácidos graxos livres, disponibilizando- os para órgãos fundamentais. Enquanto, os processos de crescimento e de reprodução são suprimidos. ↳ Citocinas liberadas durante respostas inflamatórias ou imunológicas regulam diretamente a liberação de hormônios hipotalâmicos de liberação e hormônios hipofisários Transporte Hormonal Forma livre – hidrossolúveis: catecolaminas e hormônios proteicos ↳ Exceção do GH e os IGF, que geralmente circulam em associação a proteínas carreadoras 8 Rafaela Pamplona Ligada a proteínas plasmáticas – lipossolúveis: esteroidais, tireóideos e Vitamina D ↳ Não difundem facilmente, ficando inativas até que se dissociem das proteínas ⇒ hormônio livre ↳ Grau de fixação às proteínas plasmáticas ⇒ velocidade de saída do plasma para o interstício Proteínas de Ligação São proteínas carreadoras de hormônios lipossolúveis (globulinas) Atuam como reservatório e prolongam a meia-vida A ligação do hormônio a proteína serve para regular a atividade hormonal, estabelecendo a quantidade de hormônio libre para exercer uma ação biológica Globulinas (BG): sintetizadas pelo fígado - Doença hepática: ↓BG - Gravidez: ↑BG Obs.: o fato de ser sintetizada no fígado, alterações na função hepática pode resultar em anormalidades nos níveis de proteínas de ligação, podendo afetar indiretamente os níveis totais dos hormônios Albumina ♥ Destinos e ações do hormônio após a excreção por um célula endócrina Depuração (Clearance) Hormonal Remoção dos hormônios da circulação ou taxa de depuração metabólica velocidade de remoção = depuração metabólica Quantidade de plasma que é completamente depurado de um determinado hormônio Metabolização → Excreção Enzimas plasmáticas Células alvo Hepáticas ou renais Biliar ou renal Processos metabólicos depuradores: proteólise, oxidação, redução, hidroxilação, descarboxilação e metilação Depuração renal reduzida pela fixação hormonal às proteínas plasmáticas Hormônios hidrossolúveis Hormônios lipossolúveis Peptídicos e as catecolaminas Esteroides e tireoidianos Degradados por enzimas no sangue e nos tecidos, sendo rapidamente excretados pelos rins (urina) e pelo fígado (bile) Depurados lentamente Tempo de Meia Vida (t½) Tempo necessário para que a concentração inicial de um hormônio se reduza a metade (50%) Depende da depuração (clearance) metabólica do hormônio O hormônio pode ser eliminado da circulação via inativação pelo fígado e secretado na bile (fezes) ou urina. ainda podem ser degradados pela célula- alvo Hormônios ligados a proteínas carreadoras apresentam t½ mais longos Correlação da meia-vida plasmática e depuração metabólica dos hormônios com sua estrutura e grau de fixação protéica Obs.: metabolizar nem sempre é destruir! Potencialização do efeito do precursor Ex.: Vitamina D a partir de transformação hepática e renal Modificação do hormônio original Ex.: Estrogênios a partir de androgênios Secreção e armazenamento de precursor na circulação para ativação posterior Ex.: Angiotensina a partir do Angiotensinogênio Mecanismos da Ação Hormonal Todos os hormônios atuam através de receptores específicos, presentes nas células-alvo Todos os receptores são proteínas, as quais se unem ao hormônio correspondente com alta especificidade e afinidade, provocando mudanças conformacionais que desencadeiam reações modificadoras do metabolismo da célula-alvo 9 Rafaela Pamplona O número de receptores varia para cada tipo de célula, variando, portanto, o grau da resposta de cada célula à ação hormonal A resposta a um hormônio depende tanto do hormônio quanto da células- alvo ⇒ células-alvo distintas respondem diferentemente ao mesmo hormônio Ex.: insulina estimula a síntese de glicogênio, nas células hepáticas, e a síntese de triglicerídeos, nas células adiposas. Resposta hormonal - Síntese de novas moléculas. Ex.: insulina - Alteração da permeabilidade da membrana plasmática - Estimulação do transporte de uma substância para dentro ou para fora da células-alvo - Alteração da velocidade de reações metabólicas específicas - Produção de contração dos músculos lisos ou cardíaco O hormônio “anuncia sua chegada” à células-alvo se fixando ao receptores - Hormônios lipossolúveis: receptor no interior das células-alvo - Hormônios hidrossolúveis: receptor na membrana plasmática das células-alvo Agonista: quando um ligante competidor que se liga ao receptor e produz uma resposta Antagonista: o ligante competidor que se liga e bloqueia a atividade do receptor ♥ Importância Clínica Os farmacologistas utilizam o princípio dos agonistas competidores para desenvolver fármacos de ação mais longa e mais resistentes à degradação do que os ligantes endógenos produzidos pelo corpo. Um exemplo é a família de estrogêniosmodificados (hormônios sexuais femininos) utilizada nos anticoncepcionais. Eles são agonistas de estrogênios que existem naturalmente, mas possuem grupos químicos adicionados para protegê-lós da degradação e prolongar sua vida ativa. Sistema de Receptores Receptores EXTRAcelulares Receptores INTRAcelulares Hormônios proteicos, catecolamínicos e prostanóides Hormônios esteroides (tireoidianos e vitamina D) ↳ Ligados a proteína G (atividade GTPásica) ↳ Ligados a atividade de tirosina-quinase ↳ Receptor citosólico: esteroides ↳ Receptor nuclear: tireoidianos Receptores Extracelulares – Hidrossolúveis A Proteína G e a ativação de segundos-mensageiros Proteína G Adenil - ciclase Canais iônicos Fosfolipase C Segundos Mensageiros (ampliação da resposta) 10 Rafaela Pamplona Proteína G Receptores acoplados à proteína G (GPCRs) são uma grande família de receptores de membrana plasmática que compartilham uma estrutura e um método de sinalização comuns Todos os membros da família GPCR têm sete diferentes segmentos de proteínas que atravessam a membrana, e transmitem sinais no interior da célula através de um tipo de proteína chamada de proteína G As proteínas G inativas são ligadas ao difosfato de guanosina (GDP) A troca de GDP por trifosfato de guanosina (GTP) ativa esta proteína, que pode abrir canais iônicos na membrana ou alterar a atividade enzimática no lado citoplasmático da membrana A proteína G libera a subunidade alfa (α), que ativa uma proteína intracelular ou um canal iônico ↳ Subunidades ᵦ ᵧ ativam os canais iônicos ↳ Subunidade α ativa enzimas: - Ciclases, que geram AMPc e GMPc - Fosfolipases, que geram lnsP3 e diacilglicerol - Fosfolipases, que geram ácido araquidônico e seus metabólitos Há pelo menos 20 subtipos de subunidade α, pois é ela que confere a especificidade à cascata de reações subsequentes A principal via dos mecanismos de transdução de sinal é a proteína G ligada a enzimas amplificadoras Enzima Amplificadora Converte Em Adenilato – ciclase ATP AMPc Fosfolipase C Fosfolipídios de membrana IP3 e DAG A proteína G inativa remonta-se, a sinalização celular usando os receptores acoplados à proteína G é um ciclo, que pode se repetir várias vezes em resposta ao ligante. Receptores acoplados à proteína G têm diversos papéis no corpo humano, e o distúrbio na sinalização de GPCR pode causar doenças. Adenilato – Ciclase sistema adenilatocilcase/AMPc Enzima é ativada pela subunidade α (Gsα) Catalisa a transformação de ATP em AMPc, que ativa de uma série de processos intracelulares que levarão à ação do hormônio ♥ Conversão de ATP em AMPc → AMPc ativa proteinocinase A (PKA) → PKA regula a atividade da proteína efetora. Mecanismos de ação do AMPc 1 1º mensageiro se liga ao receptor, ativa a proteína G (alguns mensageiros inibem o sistema de 2º mensageiro AMPc ativando uma proteína Gi) 2 Proteína G libera a subunidade α, que se liga e ativa a enzima adenilato ciclase 3 Adenilato ciclase catalisa a conversão de ATP em AMPc 4 AMPc ativa a proteína quinase A (PKA), também chamada de proteína quinase dependente de AMPc. 5 PKA catalisa a transferência de um grupo fosfato de ATP para uma proteína, alterando a atividade da proteína por meio da regulação covalente 6 A atividade proteica alterada causa uma resposta na célula. 11 Rafaela Pamplona Fosfolipase C Enzima é ativada pela subunidade α (Gqα) Promove a catálise do fosfolipídio de membrana, gerando: IP3: é hidrossolúvel, difundindo-se da membrana para o interior da célula, onde se ligará canais de Ca2+ e a receptores de rianodina (RyR) na membrana do RE., liberando Ca2+ no citoplasma.. DAG (diacilglicerol): permanece na membrana, podendo: - Ativar a proteinoquinase C (PKC): desencadeando uma cascata de fosforilação (fosforila resíduos de serina e treonina) - Ser clivado, gerando ácido araquidônico, que dará início a via de síntese dos eicosanoides (prostaglandinas e leucotrienos) O ácido araquidônico pode ser liberado pelas células, regulando células adjacentes ou estimulando a inflamação. Pode, também, ser retido no interior das células, onde é incorporado à membrana plasmática ou é metabolizado no citosol para formar 2º mensageiros intracelulares que afetam a atividade de enzimas e de canais iônicos. Tanto o Ca2+ como a PKC influenciam as proteínas efetoras, bem como outras vias de sinalização, a produzir respostas Transdução de sinal GPCR – fosfolipase C 1. A molécula sinalizadora ativa o receptor e a proteína G associada 2. Proteína G ativa a fosfolipase C (PLC) – enzima amplificadora 3. PLC converte fosfolipídios de membrana em diacilglicerol (DAG), que permanecem na membrana, e em IP3, que se difunde para o citoplasma DAG ativa a proteína-cinase C (PKC), que fosforila proteínas IP3 estimula a liberação de Ca2+ das organelas, criando um sinal de Ca2+ Canais Iônicos A associação do ligante abre e fecha o canal e altera o fluxo de íons através da membrana. Se o canal alterado é seletivo para o Na+, K+ ou Cl-, o aumento ou diminuição da permeabilidade iônica altera o potencial de membrana da célula, o que pode causar um sinal elétrico, e este alterar proteínas sensíveis à voltagem Transdução de sinal por canais iônicos 1. Receptores acoplados a canais abrem ou fecham em resposta a ligação da molécula sinalizadora 2. Alguns canais são diretamente associados a proteína G 3. Outros respondem a segundos mensageiros intracelulares 4. Sinais elétricos ou mecânicos também abrem ou fecham os canais iônicos Cálcio Ca2+ pode atuar como 2º mensageiro por sua ligação às proteínas citosólicas Calmodulina é uma importante proteína na mediação dos efeitos do Ca2+ Ligação do Ca2+ à calmodulina resulta na ativação das proteínas, algumas das quais consistem em quinases, ativando uma cascata de fosforilação das proteínas efetoras e respostas celulares Ex.: ocitocina utiliza o Ca2+ como molécula sinalizadora A entrada de cálcio pode ser iniciada por - Alterações do potencial de membrana: abre canais de Ca2+ - Hormônio interagindo com receptores de membrana: IP3 A maior parte do Ca2+ intracelular está armazenada no retículo endoplasmático, onde ele é concentrado por transporte ativo Eventos dependentes de cálcio - Ca2+ + calmodulina: altera a atividade enzimática, transportadora ou a abertura de canais iônicos. 12 Rafaela Pamplona - Ca2+ + proteínas reguladoras e altera o movimento de proteínas contráteis ou do citoesqueleto, como os microtúbulos - Ca2+ + proteínas reguladoras para desencadear a exocitose de vesículas secretoras - Ca2+ + canais iônicos, alterando a abertura - A entrada de Ca2+ em um óvulo fecundado inicia o desenvolvimento do embrião. Receptores Enzimáticos – Tirosina Quinase Receptores no lado extracelular da membrana que ativam enzimas no lado intracelular. As enzimas são proteínas cinases (tirosina cinase) e guanilil ciclases Guanilil ciclase é uma enzima amplificadora que converte GTP em GMPc Ligantes: fatores de crescimento, insulina e citocinas Receptores Intracelulares - Lipossolúveis Corticosteroides, esteroides sexuais, vitamina D, mineralocorticoides, hormônios da tireoide Ligação a regiões especificas do DNA e atuação de cofatores A ativação do receptor gera ativação de um gene estimulando o núcleo a produzir novo RNAm, que atuara como molde para a síntese de novas proteínas Resposta celular lenta As respostas de diferentes tecidos ao hormônio são determinadas não apenas pela especificidade dos receptores, mas também pela expressão dos genes que o receptor regula Receptor Citosólico Receptor Nuclear Cortisol AldosteronaHormônio da tireóide - Hormônios esteroides: aumentam a síntese proteica - Hormônios tireoidianos: aumentam a transcrição de genes no núcleo das células Receptor de hormônio tireoidiano não ocupado liga-se ao DNA e reprime a transcrição. A ligação do hormônio tireoidiano ao receptor possibilita a ocorrência de transcrição gênica. Logo, o receptor de hormônio tireoidiano atua como repressor na ausência do hormônio, porém a ligação hormonal o converte em um ativador, que estimula a transcrição de genes induzíveis pelo hormônio tireoidiano. Receptor de esteroides (estrogênio, progesterona, cortisol e aldosterona) não é capaz de se ligar ao DNA na ausência do hormônio. Após a ligação do hormônio esteroide a seu receptor, o receptor dissocia-se das proteínas chaperonas associadas a ele. O complexo hormônio-receptor (HR) é translocado para o núcleo, onde se liga a seu elemento de resposta específico no DNA, dando início à transcrição gênica 13 Rafaela Pamplona Aspectos Cinéticos Gerais dos Receptores O receptor deve ter alta afinidade e especificidade pelo hormônio para produzir uma resposta biológica - Afinidade: é determinada pela taxa de dissociação e associação do complexo hormônio-receptor. É o reflexo da intensidade de interação HR. - Especificidade: é a capacidade de um receptor de discriminar entre vários hormônios com estruturas correlatas As reações de ligação do hormônio com o receptor são reversíveis A ligação dos hormônios a seus receptores é passível de saturação, existindo um número finito de receptores ao qual um hormônio pode se ligar ↳ Receptores de reserva: a maioria das células-alvo produzem resposta máxima sem ocupar todos os receptores ↳ A afinidade do receptor com o hormônio, é dada pela concentração hormonal, para a qual metade dos receptores são ocupados pela hormona; e quanto maior for esta, menor é a afinidade. Quanto maior o número de receptores, menor a chance deste número limitar a ação hormonal Os receptores não ocupados podem apresentar redução de afinidade às moléculas restantes (“atrofia”) Um mesmo hormônio pode se ligar a múltiplos receptores e células distintas A capacidade do receptor é modulada pela próprio hormônio ↳ Down regulation, regulação para baixo ou dessensibilização: há diminuição do número de receptores disponíveis na célula, tendo como resultado uma redução da resposta hormonal mesmo que a concentração da molécula sinalizadora permaneça alta. Ex.: tolerância a fármacos. ↳ Up regulation ou regulação para cima: há acréscimo no número de receptores, a concentração de um liganete diminui, a célula-alvo pode usar a regulação para cima para tentar manter sua resposta em um nível normal. ⇲ Estes fenómenos dependem de alterações do equilíbrio entre a síntese e a degradação, entre a endocitose e a sequestração, ou da modificação, por fosforilação ou desfosforilação, dos receptores. Resposta Fisiológica aos Hormônios Concentração do hormônio no local de ação (a plasmática é só um reflexo do balanço orgânico) Número de receptores na célula-alvo Duração da exposição da célula ao hormônio Intervalo entre exposições consecutivas Condições intracelulares: concentrações de enzimas de metabolização, de substratos ou de cofatores que limitem a velocidade de ligação H-R Efeitos concomitantes de substâncias sinérgicas ou antagonistas Diminuição da Sensibilidade Menor número ou afinidade dos receptores Alteração na concentração de cofatores Maior ritmo de degradação orgânica do hormônio Maior concentração de antagonistas competitivos Diminuição da Responsividade Menor número de células-alvo ou receptores Menor concentração de enzimas intracelulares Menor concentração de precursores essenciais Aumento da concentração de antagonistas não competitivos Pâncreas Endócrino O pâncreas é glândula mista, cuja porção exócrina envolve a porção endócrina, havendo interação morfológica e funcional Ex.: elevados níveis e insulina que perfundem o tecido acinar por meio dos vasos pancreáticos exerceriam efeito trófico sobre os ácinos. Por outro lado, as enzimas digestivas pancreáticas estimulam a secreção de insulina após ingestão de alimentos Pâncreas Exócrino → funções digestivas → duodeno Secreção Exócrina (Ácinos) - Componente aquoso (cél. ductais) (bicarbonato HCO3- e regulação por secretina) - Componente enzimático (enzimas e regulação por colecistocinina CCK) Pâncreas Endócrino → funções hormonais → sangue Secreção Endócrina (Ilhotas de Pancreáticas ou Ilhotas de Langerhans) Hormônios (insulina, glucagon e somatostatina) 14 Rafaela Pamplona Considerações Gerais Secreção de reguladores do metabolismo e do fluxo interno dos nutrientes Rica vascularização por capilares fenestrados possibilita rápido acesso a circulação para hormônios secretados pelas ilhotas e o sangue venoso drena na veia porta hepática. → fígado é o principal órgão alvo, depois distribui-se pela circulação sistêmica A irrigação das ilhotas é centrifuga, sendo as células B as primeiras a receberem o sangue arterializado que depois irriga a periferia da ilhota Alterações nas secreções endócrinas do pâncreas, especialmente da insulina, determinam importantes modificações na homeostase do meio interno, as quais se relacionam com doenças de alta prevalência, como diabetes mellitus (DM), obesidade e síndrome metabólica Hormônios Pancreáticos Insulina Glucagon Somatostatina Massa muscular Fígado Tecido adiposo Metabolismo e disponibilização de carboidratos, lipídios e proteínas Biomorfologia Funcional do Pâncreas Endócrino As ilhotas de Langerhans organizam-se em torno de pequenos capilares e contém três tipos principais de células: alfa, beta e delta. Essas células secretam hormônios que vão regular o metabolismo da glicose, dos lipídios e das proteínas. Podem ser distinguidas entre si, devido as suas características morfológicas e de coloração Tipos de células Hormônios produzidos Células alfa α (20 – 25%) Glucagon Células beta ᵦ (60 – 70%) Insulina Células delta ᵟ (10%) Somatostatina Células PP ou F Polipeptídio pancreático Disposição das células nas ilhotas - Células A ou α: dispostas perifericamente, formando um revestimento das ilhotas - Células B ou ᵦ: ocupam a parte central da ilhota, compondo o núcleo - Células D ou ᵟ e as células PP: localizadas mais na periferia e próximo a capilares As junções abertas, a sinalização parácrina e o arranjo em ilhotas - Comunicação humoral: suprimento sanguíneo flui do centro para a periferia. As células dentro de cada ilhota podem influenciar a secreção de outras células a medida o produto hormonal é transportado - Comunicação célula-célula: junções gap ligam as células das ilhotas - Comunicação neural: inervação simpática e parassimpática do SNA Organização polarizada das células: a parte nuclear fica voltada para a face basal, local próximo ao sangue arterial, enquanto as vesículas secretoras ficam polarizadas na face apical, próximo ao sangue venoso, facilitando o processo de liberação Canalículos intercelulares facilitam a sinalização Inervadas pelo SNA - Receptores muscarínicos pós-sinápticos (colinérgicos) medeiam os efeitos parassimpáticos – aumenta a captação e armazenamento de substratos energéticos pelas células - Receptores α e ᵦ-adrenérgicos medeiam os efeitos simpáticos – aumenta a liberação de substratos energéticos no sangue para uso celular Insulina É o principal hormônio anabólico Promove a captação e a utilização de glicose pelos tecidos muscular e adiposo, aumentando o estoque de glicogênio no fígado e músculo, e reduzindo a produção de glicose pelo fígado Reduz a concentração sanguínea deglicose, quando o nível está elevado – hiperglicemia Síntese É sintetizada nas células ᵦ das Ilhotas de Langerhans do pâncreas como pré-pro-insulina formada após a transcrição gênica A insulina é uma proteína pequena formada por 51 AAs distribuídos em duas cadeias conectadas por pontes dissulfeto. Quando as duas cadeias de AAs se separam a atividade funcional da molécula de insulina desaparece. Processo de síntese é comum aos hormônios peptídeos ↳ Genes semelhantes aos de formação para fatores de crescimento semelhantes a insulina (IGFs) 15 Rafaela Pamplona É produzida na forma de pré-pró-insulina. - No RE é clivada em pró-insulina, composta por três cadeias de polipeptídios A, B, C. - No aparelho de Golgi, ocorre mais uma clivagem, formando a insulina (cadeias polipeptídicas A e B) e o peptídeo C (cadeia polipeptídica C). - A insulina e o peptídeo C são revestidos nos grânulos secretores e são coliberados em resposta à estimulação da glicose. A liberação de insulina ocorre de modo bifásico: dos grânulos secretores de liberação rápida e dos grânulos que precisam sofrer uma série de reações preparatórias, incluindo mobilização para a membrana plasmática. Em resposta a uma refeição, o aumento na liberação de insulina resulta de uma maior frequência e amplitude de sua liberação pulsátil. De pró-insulina a insulina e peptídeo C ↳ Importância clínica da mensuração de peptídeo C ♥ A importância do peptídeo C é que, de modo diferente da insulina, ele não é prontamente degradado no fígado. Por conseguinte, a meia-vida relativamente longa do peptídeo (35 minutos) faz sua liberação ser utilizada como índice de capacidade secretora do pâncreas endócrino. A secreção do peptídeo C é a base do teste para a função das células beta, em pessoas com Diabetes Mellitus tipo I, incapazes de produzir insulina, tem normalmente níveis diminuídos de peptídeo C Regulação da Secreção Regulador do nível plasmático de glicose ↳ Metabolismo dos carboidratos, lipídeos e proteínas Anormalidades do metabolismo das gorduras que provocam a acidose e arteriosclerose, causas usuais de morbimortalidade em diabéticos. Pacientes portadores de diabetes prolongado sem tratamento, a redução da capacidade de sintetizar proteínas leva ao consumo de tecidos, assim como a muitos distúrbios celulares funcionais - Feedback negativo com suprimento de nutrientes exógenos Carboidratos: todo excesso é convertido em gordura e armazenado no tecido adiposo Proteína: promove a captação de AA e a conversão em proteínas - Nível de glicemia ~ Principal fator que regula a secreção de insulina ~ O aumento do nível de glicemia estimula a secreção de insula. Um pulso inicial é seguido de secreção sustentada - relação sigmoidea ~ Após a ingestão de carboidratos a glicose absorvida para o sangue causa secreção rápida de insula. Que rapidamente capta, armazena e utiliza a glicose ~ A resposta a secreção da insulina à concentração elevada de glicose plasmática forma um mecanismo de feedback importante para a regulação da concentração da glicose sanguínea Mecanismos celulares de regulação da secreção - Glicose se liga ao receptor GLUT-2 nas células beta, estimulando a secreção de insulina - No interior das células beta, a glicose é oxidada, ADP é convertido em ATP - ATP induz o fechamento dos canais de K+, levando à despolarização das células beta ♥ A regulação dos canais de K+ pelo ATP é mediada pelo receptor de sulfonilureias, o que constitui a base do uso terapêutico das sulfonilureias no tratamento do diabetes melito - A despolarização abre os canais de Ca2+, o que leva a um aumento da [Ca2+] intracelular e, em seguida, à secreção de insulina por exocitose ↑Glicose ↑ATP ⇒ fecha canais K+ ⇒ Abre Canais Ca2+ ⇒ secreção insulina 16 Rafaela Pamplona Sensibilidade diferencial das células β à glicemia → quanto mais central a célula, maior e mais rápida a resposta Glicose oral é mais potente que a intravenosa, devido a liberação de hormônios gastrointestinais (PIG, GLP-1), que atuam como amplificadores da liberação de insulina Aminoácidos (arginina, lisina, leucina): efeito sinérgico a glicose, gerando ATP ou por despolarizar a membrana Oscilação intrínseca não-neural do potencial de repouso, da concentração de cálcio intracelular e da liberação de insulina (ciclos de 15´) Potencialização da secreção por ações autócrinas Efeitos da estimulação simpática - Estimulação via receptores β - Inibição via receptores α Efeitos da estimulação parassimpática - Acetilcolina: fosfolipase C - CCK: fase cefálica da digestão Aumento nas concentrações extracelulares de potássio e cálcio Estimulação da secreção pela vitamina D e PTH (↑[Ca2+]) Hormônios que antagonizam a ação insulínica: insulina, cortisol, GH, estrogênios, hormônios da tireóide ~ Hiperplasia células β e maior secreção de INS Mecanismos de ação O receptor de insulina possui 4 subunidades: 2 α e 2 β - Subunidades α são externas a membrana e contém os sítios de ligação a hormônios - Subunidades β cruzam a membrana e tem atividade tirosinoquinase intrínseca. Com ligação da insulina ao receptor, ocorre a autofosforilação dos resíduos da tirosina. O receptor ativado fosforila resíduos de tirosina (substrato → IRS 1 a4), facilitando a interação do receptor de insulina com substratos intracelulares ↳ Ações Rápidas: modulação do transporte de íons e de glicose, regulação da atividade enzimática (via PI3k) ↳ Ações Lentas: modulação da síntese de enzimas (via PI3k), efeitos sobre o crescimento e diferenciação celular (via MAPK) ♥ Efeito mitogênico: a insulina atua como fator de crescimento e de proliferação célula. Está entre os 4 fatores de crescimento: GH, insulina, hormônios tireoide e IGFs A insulina induz a down-regulation transitória por agregação de receptores e endocitose e por aumentar a velocidade de degradação e inibição da síntese O número de receptores de insulina disponíveis é modulado pelo exercício, pela dieta, pela insulina e por outros hormônios. - A exposição crônica a níveis elevados de insulina, a obesidade e o excesso de hormônio do crescimento levam a um down regulation dos receptores de insulina. - O exercício e a inanição up regulation o número de receptores, melhorando a responsividade à insulina. Ação Metabólica Ações sobre o fígado, músculo esquelético e tecido adiposo - Induz o armazenamento dos nutrientes exógenos - Inibe a mobilização dos nutrientes endógenos ↳ GLUT-1 e GLUT-2: são transportadores constitutivos, ou seja, não precisam da ação da insulina ↳ GLUT-4: é um transportador induzido 17 Rafaela Pamplona No fígado (GLUT-2) Estimula a glicogênese + Estimula a glicólise + Inibe a gliconeogênese ⇓ Reduz a glicemia Metabolismo da glicose no tecido muscular (Glut – 4) - Estimula a captação de glicose pela miofibra - Estimula a glicólise (piruvato desidrogenase) - Estimula a glicogênese (glicogênio sintase) Metabolismo da glicose no tecido adiposo (GLUT- 4) - ↑ transporte e a formação de α-glicerofosfato - Formação de ácidos graxos a partir de glicose - Armazenamento como triglicerídeos No fígado Estimula a formação e o armazenamento de ácidos graxos Bloqueia a ᵦ-oxidação dos ácidos da graxos ⇓ Redução da concentração plasmática de ácidos graxos livres e cetoácidos Favorece a formação do colesterol e diminui a de VLDL No tecido muscular - Inibe a lipase lipoproteica: diminuindo a captação e oxidação de AG Nos tecidos adiposos - Estimula o armazenamento ~ Inibe a lipase sensível ao hormônio ↳ Diminui o suprimento de AG ao fígado e aos tecidos periféricos ↳ Redução acentuada na geração de cetoácidos~ Estimula a utilização periférica de cetoácidos ~ Estimula a lipase lipoproteica → hidrólise VLDL e TGC ~ Aumenta a atividade da enzima de síntese do α-glicerofosfato Promove o anabolismo, diminuição da concentração plasmática de aminoácidos No tecido muscular - Estimula o cotransporte de aminoácidos com Na+ - Estimula os mecanismos de síntese proteica - Inibe a proteólise Outros Efeitos Fisiológicos Importância no crescimento corporal - Estimula a transcrição de genes dos fatores de crescimento semelhantes à insulina (IGFs) - ↑ síntese de cartilagem e osso ⇒ ↑ crescimento corporal - Ações no equilíbrio hidroeletrolítico ↳ Estimula a captação muscular e hepática de K+, HPO4- e Mg2+ ↳ Aumenta a reabsorção tubular renal de Na+, K+ e HPO4- ~ Importante para a expansão do líquido extracelular - Ações no SNC ↳ Consumo de glicose independente da ação insulínica ↳ Reduz a ingestão de alimentos → inibição da secreção de NPY ↳ Promove sensação de saciedade → liberação indireta de leptina Efeitos da falta de ação Consequências da falta são mais rápidas e potentes sobre o metabolismo dos lipídeos 18 Rafaela Pamplona - Aumenta o uso da gordura como fonte de energia → cetose e acidose - Causa lipólise das gorduras armazenadas e liberação de ácidos graxos - Aumenta as concentrações de colesterol e fosfolipídios plasmáticos - Diminuição do pH (acidose) - Diminuição do nível de bicarbonato e fosfato, devido atuarem como tampões de acidez Diabetes Mellitus Distúrbios metabólicos caracterizados por hiperglicemia persistente seja por defeito na ação ou na secreção de insulina ou em ambos I. Diabetes mellitus tipo 1 (DM1A ou DM1B) II. Diabetes mellitus tipo 2 (DM2) III. Diabetes mellitus gestacional IV. Outros tipos (secundários a outras causas) Mundo: > 400 milhões de diabéticos em 2015 > 600 milhões em 2040 Diabetes Mellitus – Tipo 1 5 a 10% dos casos Destruição primária das células β, levando a deficiência absoluta de insulina decorrente de doença autoimune ou de causa desconhecida Proteólise - Gliconeogênese → perda de massa magra e de força muscular Lipólise - Perda de tecido adiposo (↓leptina) - ↑ da concentração plasmática de cetoácidos → cetoacidose diabética Predomina em pacientes jovens não obesos Sintomas repor polidipsia poliúria polifagia e emagrecimento Tratamento: insulinoterapia Diabetes Mellitus – Tipo 2 90 a 95% por cento dos casos Cursa primariamente com resistência periférica a insulina, que ao longo do tempo se associa a disfunção progressiva das células β Predomínio em idade >40anos Individuo geralmente obeso, sedentário e hipertenso Tratamento: hipoglicemiantes oreais, se necessário e/ou insulinoterapia Diabetes Mellitus Gestacional Hiperglicemia de grau variável diagnosticada durante a gestação, na ausência de critérios de DM prévios Geralmente diagnosticada no 2 ou 3 trimestre Risco progressivo e continuo de complicações materno-fetais Pode persistir após o parto, levando a DM2 Outros tipos de DM Defeitos genéticos na função da célula β ou na ação da insulina Doenças do pâncreas exócrino Endocrinopatias DM induzido por medicamentos ou agentes químicos Diagnostico Glicemia (mg/dL) Categoria Jejum* Ao acaso** 2h (TOTG) Normal < 100 − < 140 Tolerância ↓ 100 – 125 − 140 – 199 Diabetes ≥ 126 ≥ 200 com sintomas*** ≥ 200 TOTG: teste oral da tolerância à glicose (1,75g/kg de peso, até o máximo de 75g de glicose * jejum é definido como a falta de ingestão calórica por no mínimo 8h ** aquela realizada a qualquer hora do dia, sem observar o intervalo da última refeição *** sintomas clássicos de DM: poliuria, polidipsia, perda de peso Hemoglobina Glicada (HbA1c) - Normal <5,7% - Pré diabético 5,7 a 6,4% - Diabético >6,4% Parâmetros de avaliação do nível glicêmico 19 Rafaela Pamplona Complicações crônicas no DM Primeira causa de cegueira adquirida Primeira causa de insuficiência renal crônica (estágio-final) em países do primeiro mundo e entre as 3 causas mais frequentes na América Latina Importante determinante de amputações de membros inferiores Entre os principais fatores de risco cardiovascular Acantose Nigricans: escurecimento cutâneo de aspecto aveludado nas áreas de dobras cutâneas (90% das crianças com DM2) - Hiperinsulinemia na resistência insulínica ↳ Secreção ectópica de fatores de crescimento ↳ Proliferação de queratinócitos Microangiopatia: retinopatia diabética ↳ Exame de fundo de olho (fundoscopia) - Exsudação dos vasos sanguíneos - Edema retiniano (edema macular) - Depósitos esbranquiçados na retina (exsudados duros) – sinal de incontinência dos vasos sanguíneos - Exsudados moles (exsudatos algodonosos), que correspondem a áreas da retina isquêmicas (enfarte) Microangiopatia: nefropatia diabética Neuropatia (principalmente nervos periféricos) Macroangiopatia: acometimento progressivo de grandes artérias pela aterosclerose (coronária, cerebrais, MMII) Pé diabéticos: soma de todas as complicações crônicas Glucagon Estrutura e síntese - Células α → 29 AA - Gene correlacionado com PIV; PIG; secretina e GHRH - Direção do fluxo sanguíneo → regulação pela β-secreção - Glicose e insulina → diminuem a transcrição do gene e síntese O gene do pró-glucagon se expressa na célula α pancreática, nas células enteroendócrinas e no cérebro Após a transcrição do gene, o seu mRNA é traduzido no RER, formando- se inicialmente o pré-pré-glucagon, que origina o pró-glucagon No complexo de Golgi, o pró-glucagon é clivado, dando origem ao glucagon, que permanece armazenado até a exocitose A clivagem do pró-glucagon difere entre as células α e as do intestino, de maneira que geram produtos diferentes de acordo com o local em que o gene se expressa - Célula α: é o principal produto biologicamente ativo - Células intestinais: GLP-1 Relação Insulina / Glucagon Atuam de forma antagonista para manter a concentração de glicose plasmática dentro da faixa de normalidade Ambos estão presentes no sangue, a proporção entre eles é que determina o efeito predominante sobre o metabolismo Normal ≅ 2,0 Jejum ou exercício prolongado ≅ 0,5 - Glicogenólise e gliconeogênese para suprir o SNC - Mobilização de aminoácidos - Aceleração da lipólise (↑ fluxo de AGLs para oxidação) ♥ Baixa relação insulina/glucagon é essencial no período neonatal Após refeição mista ≅ 10 - Armazenamento dos nutrientes - Supressão da lipólise e proteólise Refeição rica em proteínas → pouca alteração 20 Rafaela Pamplona Regulação da Secreção Manutenção da normoglicemia durante a maior demanda dos tecidos por glicose Secreção aumentada na hipoglicemia → níveis baixos de glicemia Secreção estimulada por refeição proteica Modulada pela liberação de hormônios do TGI (GLP-1 intestinal, secretina) durante as refeições ↳ Após as refeições comuns, a variação de concentração plasmática de glucagon é menor que a da insulina Ações hormonais Aumenta a concentração plasmática de glicose, estimulando a produção hepática de novo de glicose pela gliconeogênese e pela degradação do glicogênio Ações que neutralizam os efeitos da insulina Mobilização de nutrientes metabólicos para o sangue ↳ Regulação primaria da gliconeogênese e cetogênese hepáticas Metabolismo hepático da Metabolismo hepático das - ↑ ritmo de eliminação dos AA e sua degradação a ureia - Não influencia os níveis de AA de cadeia ramificada ↳ Sem efeito na proteólise Metabolismo hepático das - Orienta os AGLs para a ᵦ-oxidação ↓ síntese de TGC (cetogênico e hiperglicemiante) -Inativa a acetil-CoA-carboxilase ↓ concentração intracelular de malonil-CoA ↑ carnitina acil-transferase → síntese de cetoácidos - Ativa a lipase dos adipócitos ↑ fornecimento de AGLs - Reduz a síntese hepática do colesterol 21 Rafaela Pamplona Somatostatina Biossíntese - Células 𝛿 (delta) pancreáticas (SS – 14) - Intestinais (SS – 28) - Núcleos hipotalâmicos (periventricular) Reguladores de secreção - Estimuladores: glicose, aminoácidos, AGLs, glucagon e ação em receptores β-adrenérgicos ou colinérgicos - Inibidores: insulina e ação em receptores α-adrenérgicos Mecanismo de Ação - Receptores ligados a proteína G inibitória para adenil-ciclase ↳ Diminuição intracelular de AMPc Ações sistêmicas - Células 𝛿 (SS – 14) → ações neurócrinas e parácrinas ↳ Profunda inibição da secreção de insulina e glucagon - Células intestinais (SS – 28) → ações endócrinas Inibição de motilidade gástrica, duodenal e vesicular + Inibição da secreção de HCl, gastrina, secretina, pepsina e secreções exócrinas do pâncreas ⇓ Redução da digestão e absorção dos nutrientes Regulações Integradas dos Hormônios 22 Rafaela Pamplona Balan o Hormonal do Cálcio e Fosfato Desempenham papel estrutural importante em ossos e dentes Regulam importantes vias metabólicas e de sinalização No sangue, a maior parte do fosfato está na forma ionizada do ácido fosfórico, denominada fosfato inorgânico (Pi) Principais fontes: os alimentos e o esqueleto Vitamina D (calcitriol) e o hormônio Paratireoideo (PTH) - Regulam a absorção intestinal de Ca2+ e Pi e a liberação para a circulação após a reabsorção óssea - Principais processos responsáveis pela remoção do Ca2+ e do Pi do sangue são a excreção renal e a formação óssea Outros hormônios e fatores de crescimento parácrinos também regulam a homeostase do Ca2+ e do Pi A homeostase do Ca2+ de PO43- estão intimamente relacionadas - São os principais componentes dos cristais de hidroxiapatita [Ca10(PO4)6(OH)2)], que constituem a maior porção da fase mineral do osso. - São regulados pelos mesmos hormônios, principalmente hormônio da paratireoide (PTH), 1,25-diidroxivitamina D (calcitriol) e, em menor grau, calcitonina. ↳ Esses hormônios atuam em três sistemas orgânicos – o osso, os rins e o TGI para controlar os níveis desses dois íons no plasma. No entanto, as ações desses hormônios sobre o Ca2+ e o PO43- são geralmente opostas uma vez que um hormônio particular pode elevar o nível de um íon, baixando o do outro. Balanço Geral do Cálcio Importância Biológica - Criação e manutenção dos potenciais de ação - Contração e motilidade - Modulação das atividades enzimáticas (intracelulares ou plasmáticas) - Rearranjos citoesqueléticos e divisão celular - Exocitose - Coagulação sanguínea - Proteção dos órgãos internos e Locomoção Concentração Intracelular (citoplasma) – 10-7M - Reservatório total de cálcio livre intracelular = 0,2 mg - Ca2+ intracelular total fixado = 9 g (RE; mitocôndrias e membranas) Concentração Extracelular – 10-3M - Membranas especializadas e bombas de cálcio - Reservatório total de cálcio extracelular = 1 g - Estrutura esquelética e dentes = 1 a 2 Kg Cálcio plasmático total (8,6 a 10,6 mg/dL) – 2,15 a 2,65 mmol/l = 4,3 a 5,3 mEq/L Formas físico-químicas - Espécie livre ionizada ↳ Relação com pH sanguíneo → alcalose reduz a proporção de Ca2+ ionizado - Ligado a sítios aniônicos nas proteínas séricas (albumina) ↳ Relação direta com albumina → aumento do Ca2+ plasmático total - Complexado com aníons orgânicos de baixo peso molecular (citrato e oxalato) ♥ Ca2+ iônico é a forma relevante para a maior parte das funções do cálcio no corpo, incluindo efeito sobre o coração, SN e formação óssea Desvios da concentração plasmática normal Hipocalcemia (hiperexcitabilidade) - Déficit corporal total de cálcio - Captação óssea mais rápida que a disponibilização celular - Maior fixação do cálcio às proteínas plasmáticas - Tetania periférica Hipercalcemia (redução da neurotransmissão) - Depressão da atividade do SNC - Fraqueza muscular - Diminuição do Intervalo Q – T - Constipação Regulação hormonal da absorção e excreção Relação inversa com o nível plasmático Entrada Armazenamento Saída Intestino Ossos Rins Reabsorção tubular proximal, ramo ascendentes espesso da alça de Henle e túbulo distal 23 Rafaela Pamplona Balanço Geral do Fosfato Importância Biológica - Principal ânion intracelular (neutralidade de K+ e Mg2+) - Intermediários do metabolismo dos nutrientes - Compostos de elevada energia de transferência e de armazenamento (ATP e fosfato de creatina) - Cofatores: NAD; NADP e pirofosfato de tiamina - Agente modificador da atividade de enzimas - Segundos–mensageiros: AMPc e IP3 - Compõe a estrutura do DNA e do RNA - Membranas celulares fosfolipídicas - Sistema de tamponamento do pH sanguíneo - Estrutura cristalina dos ossos e dentes (85%) Concentração plasmática - Expressa a quantidade total de fósforo orgânico (mudança de valência com o pH) – 2,5 a 4,5 mg/dL ou (0,81 a 1,45 mmol/L) Regulação Hormonal da Excreção do Fosfato - Absorção intestinal constante (70%) - Importância ressaltada da função renal - Reabsorção tubular proximal (transcelular: 2Na+ −PO4-) - Transporte máximo dependente (0,8 mmol/L) Desvios da concentração plasmática normal Hiperfosfatemia: causado por dano tecidual Hipofosfatemia - Fraqueza muscular esquelética - Disfunção do músculos cardíacos e respiratórios - Perda de integridade de membrana das hemácias - Formação anormal de osso Osso: grande reservatório orgânico de Cálcio e Fosfato Composição estrutural básica Osso cortical - Camada externa (córtex) de todos os ossos e forma a maior parte do interior dos ossos longos do corpo. - É um tecido denso composto principalmente de mineral ósseo e elementos da matriz extracelular, interrompido apenas por vasos sanguíneos penetrantes e uma osteócitos aninhados dentro do osso. - Os osteócitos estão interligados uns com os outros e com os osteoblastos na superfície do osso por canalículos, por meio dos quais os osteócitos estendem processos celulares. - Essas ligações permitem a transferência de Ca2+ do interior do osso para a superfície, por um processo denominado osteólise osteocítica. - Fornece grande parte da força para a sustentação de peso suportado pelos ossos longos. O osso trabecular (ou esponjoso ou medular) - Se encontra no interior dos ossos é proeminente no interior dos corpos vertebrais. - Composto de finas espículas ósseas que se estendem a partir do córtex para a cavidade medular. - A rede formada por essas espículas é forrada em muitas áreas pelos osteoblastos e osteoclastos, as células envolvidas no remodelamento ósseo. Está constantemente sendo sintetizado e reabsorvido por esses elementos celulares. ♥ Quando a taxa de reabsorção do osso excede a de síntese ao longo do tempo, a perda de osso mineral produz a doença osteoporose Matriz orgânica (30%) → contém fatores de crescimento e citocinas, regulação a remodelagem óssea a formação de novo osso - Fibras colágenas (90 a 95%) ~ Segmentos periódicos de 64 um de comprimento ~ Deposição sobre as linhas de tensão (resistência) - Substância fundamental ~ Liquido extracelular ~ Proteoglicanos (condroitina e ácido hialurônico) Sais ósseos (70%) → hidroxiapatita, atua como reservatório dos íons cálcio e fosfato, papel na homeostase desses minerais - C10(PO4)6(OH)2 – placas achatadas (40x10x1nm) - Íons conjugados (Mg2+; Na+; K+ e HCO3-) e metais pesados - Resistência a compressão 24 Rafaela PamplonaComposição histológica Células ósseas - Osteoblastos e osteócitos ↳ Origem a partir de células ostroprogenitoras (mesenquimais) ~ Osteoblastos: possuem receptores de PTH e são responsáveis pela formação e mineralização óssea ~ Osteócitos são encontrados na matriz óssea e são derivados de osteoblastos que foram incluídos na matriz, sofrem apoptose ou fagocitose durante a reabsorção osteoclástica Essas células sentem o estresse mecânico sobre o osso e secretam fatores de crescimento que estimulam ambos os osteoblastos e as células de revestimento. Também é importante na transferência de mineral a partir do interior do osso para as superfícies de crescimento - Osteoclastos ↳ Multinucleadas ↳ Origem a partir de células precursoras dos monócitos e macrófagos ~ Osteoclastos: promovem a reabsorção óssea e são encontrados principalmente nas superfícies de crescimento ósseas, ricos em lisoenzimas ♥O remodelamento ósseo consiste em uma interação cuidadosamente coordenada da atividade osteoblástica, osteocítica e osteoclástica. Remodelagem óssea Envolve a formação de osso pelos osteoblastos e sua reabsorção pelos osteoclastos Importante para a adaptação, reparo e manutenção da homeostase do cálcio Determina o desenvolvimento ósseo no crescimento, manutenção da massa óssea na fase adulta e a sua diminuição na senilidade Ajuste da estrutura óssea ao estresse (espessamento) Evita fragilização dos ossos Coordenação entre reabsorção e a formação - Processo constante em vida - Sinais parácrinos dos osteoblastos - Reabsorção (3 a 10 dias) X formação (3 meses) - Osteônios, lamelas e canais de Havers Efeitos hormonais ↳ Estimulantes da formação - Hormônio do crescimento e fatores de crescimento - Insulina e IGFs - Estrogênios e androgênios - Calcitonina - Vitamina D: essencial para a maturação ou mineralização normal ↳ Inibidores da formação - Cortisol ↳ Estimulantes da reabsorção - Hormônio da tireoide - Cortisol - Paratormônio - Vitamina D - Substâncias imuno-inflamatórias: prostaglandinas, IL-1 e IL-6, TNFα e TNFβ ↳ Inibidores da formação - Estrogênios e androgênios - Calcitonina - Fator transformador do crescimento β (TGF β) - INFᵧ - Oxido nítrico Fases da remodelação óssea 1 – Ativação: constante atividade de remodelação por hormônios ou tensão mecânica. Osteócitos determinam o local. Osteoclastos fazem a remoção da matriz óssea 2 – Reabsorção: ação dos osteoclastos – digestão e degradação da matriz. – formando a lacuna de Howship. ♥ Via RANK/RANK-L: os osteoblastos produzem RANK-L, ligante ativador do processo de maturação do osteoclasto. Os osteoblastos também produzem e secretam OPG, que funciona como armadilha de RANK-L, impedindo a diferenciação dos osteoclastos. Substâncias que induzem a remodelação interferem na concentração desses dois fatores. 25 Rafaela Pamplona 3 – Reversão: período entre o fim da reabsorção e o início da formação óssea, há limpeza do local e recobrimento da superfície 4 – Formação: diferenciação dos osteoblastos e osteócitos via de sinalização Wnt ↳ Osteoclastos: grandes células fagocitárias Fase lenta de reabsorção óssea Destruição da parte mineral do osso e da matriz óssea não mineralizada Sinalização parácrina dos osteoblastos para ativação Recrutamento e fusão de células precursoras Adesão osteoclástica – função das integrinas Secreção lisossômica: enzimas proteolíticas (colagenases, fosfatase ác) Secreção ácida: bomba de prótons, ácido cítrico, ácido lático Liberação de cálcio, fosfato e metabolitos do colágeno. A hidroxiprolina e hidroxilisina atuam para marcadores urinários da atividade osteoclástica No interior do osteoclasto, a anidrase carbónica (AC) promove a conversão CO2 + H2O → H+ + HCO3-. A bomba de prótons promove a liberação de H+ para o microambiente onde se processa a reabsorção óssea. A acidificação, promovida pelos H+ contribui para a desmineralização da matriz óssea, ocorrendo a dissolução dos cristais de hidroxiapatita [Ca10(PO4)6(OH)2] e liberação de Ca2+ e HPO4-. Segue-se, então, a secreção de enzimas lisossomais, responsáveis pela degradação das proteínas colágenas e não-colágenas da matriz. Os produtos da degradação da matriz orgânica são internalizados, por meio de vesículas e transportados para o interior do osteoclasto, sendo posteriormente, conduzidos para o meio extracelular. ↳ Osteócitos e osteoblastos Osteólise osteocítica Fase rápida da reabsorção óssea O osteócito permite a transferência rápida de cálcio da matriz para o espaço extracelular Dependente de ação hormonal (PTH) Os osteoclastos não possuem receptores de PTH, sendo os osteoblastos os responsáveis por indicar aos precursores osteoclastos que formem osteclastos maduros, por meio da sinalização via RANK/RANKL Formação do osteócito: secreção osteoblástica da matriz orgânica (fibrilas de colágeno) e fatores de ambientação Mineralização: formação de cristais de hidroxiapatita [Ca10(PO4)6(OH)2] - Precipitação de Ca2+ e HPO4- - Adição de OH- e HCO3- - Formação de sais amorfos (CaHPO4.2H2O) - Desidratação dos sais amorfos Proteínas importantes na osteogênese - Fosfatase alcalina: fornece ambiente adequado à deposição de sais e atua como parâmetro de mensuração da atividade osteoblástica - Osteonectina: fixação ao colágeno e aos cristais de hidroxiapatita - Osteocalcina: afinidade ao cálcio e a hidroxiapatita hidratada, serve como parâmetro de mensuração da atividade osteoblástica Ao termino da reabsorção os osteoclastos desaparecem e se inicia a deposição óssea. Ocorre o assentamento de novo tecido em sucessivas camadas de círculos concêntricos (lamelas), nas superfícies internas da cavidade, até o preenchimento do espaço. Essa deposição cessa quando o osso começa a invadir os vasos sanguíneos da área (canais de Havers). Cada nossa área de osso depositado por esse mecanismo se chama ósteon Hormônio Paratireoideo (PTH) Hormônio peptídeo → síntese a partir de transcrição Local de produção: paratireoides Efeitos sobre a absorção óssea, reabsorção tubular renal de cálcio e fosfato e síntese e atividade de vitamina D Correlação com as concentrações plasmáticas de Ca2+ e HPO4- Regulação da secreção Concentração Ca2+ (calcemia) é o principal fator de controle Mecanismo de Feedback negativo com o Ca2+ no plasma Faixa ótima de resposta: Ca2+ a 4,5mg/dL Redução da síntese, reserva e liberação de PTH Redução do número de células Mecanismo de regulação pelo Cálcio 26 Rafaela Pamplona - Receptores de Ca2+ (CaSR) ligados a proteína G inibitória para Adenil- ciclase e inibidores de transcrição de PTH Outros fatores que regulam a secreção ↳ Magnésio - Semelhante ao cálcio: ↓[Mg2+] plasma ⇒↑secreção de PTH - Hipomagnesemia crônica ↳ Inibição da síntese e liberação de PTH ↳ Redução da resposta dos tecidos alvo ao PTH ↳ Aumento da concentração plasmática de fosfato - Indução da liberação – (?) via tamponamento de Ca2+ ↳ Vitamina D - Inibe a transcrição do gene PTH, a secreção e a proliferação celular da paratireoide ↳ Secreção rítmica - Maior a noite e com o envelhecimento (pico noturno independente da [Ca2+] plasmática) ↳ Inibidores da fosfodiesterase: ↑ AMPc ↳ Estimulação α-adrenérgica; dopamina e histamina (H2) - Inibem a secreção ↳ Mutações genicas dos CaSR (hipercalcemia hipocalciúrica benigna família e hiperparatireoidismo neonatal grave) Estimula a liberação Inibe a liberação Hipocalemia Hipercalcemia Hiperfosfatemia Vitamina D Catecolaminas Hipomagnesemia grave Mecanismo de ação celular Receptores de membrana acoplados à proteína G: ativação da Adenil- ciclase, AMPc e PKa Peptídeo relacionado ao PTH (PTHrp)- Tumores associados a hipercalcemia - Queratinócitos da pele (diferenciação celular) - Funções intrauterinas e primeira infância ~ Placenta e paratireoides fetais: relação fetal/materna da [Ca2+] ~ Epitélio mamário durante a lactação: regulação da [Ca2+] no leite materno - Não promove a ativação da vitamina D Ações celulares e efeitos fisiológicos do PHT Estimula a reabsorção óssea e a liberação de Ca2+ na circulação Rim: promove a reabsorção de Ca2+ (alça de Henle e túbulo distal) e a excreção de fosfato inorgânico na urina (túbulo proximal) ↳ Evita a precipitação de sais de Ca2+ e HPO42- Vitamina D: estimula a produção da forma ativa da vitamina D (calcitriol), que aumenta a absorção intestinal do Ca2+ e facilita a reabsorção renal do Ca2+ filtrado Osso: aumenta a reabsorção óssea, aumentando a liberação de Ca2+ na circulação. Calcitonina opõe-se aos efeitos do PTH pela inibição da reabsorção óssea e pelo aumento da excreção renal de Ca2+. Resultado das interações entre PTH, vitamina D e a calcitonina consiste na manutenção das concentrações plasmáticas normais de Ca2+
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