Causas de lesão celular

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Causas de lesão celular 
3.1-IDENTIFICAÇÃO DOS ESTÍMULOS NOCIVOS
3.1.1-Hipóxia; agentes químicos; agentes infecciosos; reações imunológicas; fatores genéticos; desequilíbrios nutricionais; agentes físicos; envelhecimento.
As causas de lesão celular variam desde a violência física externa grosseira de um acidente automobilístico a anomalias internas sutis, como uma mutação genética causando perda de uma enzima vital que compromete a função metabólica normal. A maioria dos estímulos nocivos pode ser agrupada nas seguintes características gerais:
- Privação de Oxigênio. A hipoxia é uma deficiência de oxigênio que causa lesão celular por reduzir a respiração oxidativa aeróbica. A hipoxia é uma causa extremamente importante e comum de lesão e morte celulares. As causas da hipoxia incluem a redução do fluxo sanguíneo (chamada isquemia), a oxigenação inadequada do sangue devido à insuficiência cardiorrespiratória, e a redução da capacidade de transporte de oxigênio do sangue, como na anemia ou no envenenamento por monóxido de carbono (produzindo uma monóxi-hemoglobina com carbono estável que bloqueia o transporte de oxigênio) ou após grave perda sanguínea. Dependendo da gravidade do estado hipóxico, as células podem se adaptar, sofrer lesão ou morrer. Por exemplo, se uma artéria for estreitada, o tecido suprido por esse vaso pode, inicialmente, diminuir de tamanho (atrofia), enquanto uma hipoxia súbita e mais acentuada induz lesão e morte celular.
- Agentes Físicos. Os agentes físicos que causam lesão celular incluem traumatismos mecânicos, extremos de temperatura (queimaduras e frio profundo), alterações bruscas da pressão atmosférica, radiação e choque elétrico .
- Agentes Químicos e Drogas. A lista de substâncias químicas que podem produzir lesão celular desafia uma compilação. Substâncias simples, como a glicose ou sal em concentrações hipertônicas, podem lesar a célula diretamente ou por perturbação do equilíbrio eletrolítico das células. Até mesmo o oxigênio em altas concentrações é tóxico. Quantidades residuais de venenos, como arsênico, cianeto ou sais mercúricos, podem destruir células dentro de minutos a horas em números suficientes para causar a morte. Outras substâncias potencialmente nocivas são nossos companheiros diários: poluentes no ambiente e no ar, inseticidas e herbicidas; riscos industriais e ocupacionais, como o monóxido de carbono e asbesto; drogas sociais, como o álcool e a variedade sempre crescente de drogas terapêuticas.
- Agentes Infecciosos. Esses agentes variam desde os vírus submicroscópicos às tênias grandes. Entre os dois extremos estão as riquétsias, bactérias, fungos e formas superiores de parasitos. Os modos pelos quais esses agentes biológicos causam lesão são diversos.
- Reações Imunológicas. O sistema imune exerce função essencial na defesa contra micróbios infecciosos, mas as reações imunes podem também resultar em lesão à célula. As reações lesivas aos próprios antígenos endógenos são responsáveis por várias doenças autoimunes. As reações imunes a muitos agentes externos, tais como micro-organismos e substâncias ambientais, são também causas importantes de lesão celular e tecidual .
- Defeitos Genéticos. As anomalias genéticas resultam em defeitos tão graves como nas malformações congênitas associadas com a síndrome de Down, causada por uma anomalia cromossômica, ou tão sutis como a redução do tempo de vida das hemácias, causada pela substituição de um único aminoácido na hemoglobina, na anemia falciforme. Os defeitos genéticos causam lesão celular por causa da deficiência de proteínas funcionais, como os defeitos enzimáticos nos erros inatos do metabolismo ou a acumulação de DNA danificado ou proteínas anormalmente dobradas, ambos disparando a morte celular quando são irreparáveis. As variações genéticas podem influenciar também a susceptibilidade das células à lesão por substâncias químicas e outros insultos ambientais.
- Desequilíbrios Nutricionais. Os desequilíbrios nutricionais continuam a ser as principais causas de lesão celular. As deficiências proteico-calóricas geram um número espantoso de mortes, principalmente entre as populações desfavorecidas. Deficiências de vitaminas específicas são encontradas em todo o mundo. Os problemas nutricionais podem ser autoinfligidos, como na anorexia nervosa (desnutrição autoinduzida). Ironicamente, os excessos nutricionais são também causas importantes de lesão celular. O excesso de colesterol predispõe à aterosclerose; a obesidade está associada com o aumento da incidência de várias doenças importantes, como diabetes e câncer. A aterosclerose é, praticamente, endêmica nos Estados Unidos, e a obesidade é desenfreada. Além dos problemas de subnutrição e hipernutrição, a composição da dieta dá uma contribuição significativa a uma série de doenças.
3.2- DESCRIÇÃO DOS MECANISMOS DE LESÃO
3.2.1- Depleção de ATP
• Ocorre em situações de privação de O2
• A célula muda a forma de usar energia e passa a consumir ATP por bombas iônicas 
• Além disso, a velocidade da glicólise anaeróbica é aumentada
• A gliconeogênese é inibida 
• Efeitos da depleção de ATP:
- A atividade da bomba de sódio e potássio é reduzida, o que resulta em um acúmulo de sódio e efluxo de potássio. O ganho de soluto é acompanhado pelo ganho de água, o que gera a tumefação celular e a dilatação do reticulo endoplasmático 
- Aumento compensatório na glicólise anaeróbica. Dessa forma há depleção da reserva intracelular de glicogênio e acúmulo de ácido lático, reduzindo o pH intracelular, o que afeta a atividade de algumas enzimas importantes
- A falência da bomba de cálcio leva ao influxo de cálcio, que é danoso para vários componentes celulares
- A depleção prolongada causa rompimento do aparelho de síntese proteica, o que pode ser visto pelo desprendimento de ribossomos do REG, com redução na síntese proteica
- Dano irreversível às membranas mitocondriais e lisossômicas, levando à morte celular 
3.2.2 - Lesão Mitocondrial
• O aumento da permeabilidade mitocondrial é característico de lesões que evoluem para necrose. Esse aumento é causado por vários fatores, como a diminuição da síntese e aumento da degradação de fosfolipídios, devido à queda de ATP
• O ponto de não-retorno, estágio em que a lesão passa a ser irreversível, é quando a alteração da permeabilidade mitocondrial se torna irreversível, por diminuição grave do potencial de membrana gerado pelo desequilíbrio eletrolítico
• Com a interrupção da síntese e utilização de ATP os lisossomos ficam tumefeitos e não conseguem reter suas enzimas, que são liberadas no citoplasma e iniciam a autólise 
3.2.3 - Influxo de Cálcio
• O aumento do cálcio citosolico ativa as enzimas que possuem efeitos celulares potencialmente prejudiciais 
• Dentre as enzimas é possível destacar as fosfolipases (causam danos à membrana), proteases (clivam proteínas de membrana do citoesqueleto), endonucleases (responsáveis pela fragmentação da cromática e do DNA) e as ATPases (aceleram a depleção de ATP)
• O aumento do cálcio intracelular resulta também na indução da apoptose através da ativação direta das caspases e pelo aumento da permeabilidade mitocondrial
3.2.4- Acúmulo de espécies reativas de oxigênio (ERO)
A lesão celular induzida por radicais livres, particularmente as espécies reativas de oxigênio, é um importante mecanismo de dano celular em muitas condições patológicas, como a lesão química e por radiação, lesão de isquemia-reperfusão (induzida pela restauração do fluxo sanguíneo em um tecido isquêmico), envelhecimento celular e destruição de micróbios pelos fagócitos. Os radicais livres são espécies químicas que possuem um único elétron não pareado em uma órbita externa. A energia criada por essa configuração instável é liberada através de reações com moléculas adjacentes, como as substâncias químicas inorgânicas ou orgânicas – proteínas, lipídios, carboidratos, ácidos nucleicos – muitas das quais são componentes essenciais das membranas e núcleos celulares. Além disso, os radicais livres desencadeiam reações autocatalíticas,através das quais as moléculas que reagem com eles são convertidas em radicais livres, propagando, assim, a cadeia de danos. As espécies reativas de oxigênio (ERO) são um tipo de radical livre derivado do oxigênio, cujo papel na lesão celular está bem estabelecido. Normalmente, são produzidas nas células durante a respiração e geração de energia mitocondrial, mas são degradadas e removidas pelos sistemas celulares de defesa. Portanto, as células são capazes de manter um estado constante no qual os radicais livres podem estar presentes transitoriamente, em baixas concentrações, sem causar danos. Quando a produção de ERO aumenta ou quando os sistemas de remoção são ineficientes, o resultado é um excesso destes radicais livres que levam a uma condição chamada estresse oxidativo. O estresse oxidativo tem sido implicado em uma grande variedade de processos patológicos, incluindo lesão celular, câncer, envelhecimento e algumas doenças degenerativas, como doença de Alzheimer. As ERO são produzidas também em grandes quantidades pelos leucócitos, particularmente neutrófilos e macrófagos, como mediadores para a destruição de micróbios, tecido morto e outras substâncias não desejadas. Portanto, a lesão causada por esses compostos reativos sempre acompanha reações inflamatórias, durante as quais os leucócitos são recrutados e ativados.
Geração de Radicais Livres. Os radicais livres podem ser gerados dentro das células de vários modos : As reações de redução-oxidação que ocorrem durante processos metabólicos normais. Durante a respiração normal, o oxigênio molecular é reduzido nas mitocôndrias através da transferência de quatro elétrons para o H2 para gerar duas moléculas de água. Essa conversão é catalisada por enzimas oxidativas no retículo endoplasmático, citosol, mitocôndrias, peroxissomos e lisossomos. Durante esse processo, são geradas pequenas quantidades de espécies intermediárias parcialmente reduzidas nas quais diferentes números de elétrons foram transferidos do O2, que incluem os radicais superóxido (O2−•, um elétron), o peróxido de hidrogênio (H2O2, dois elétrons) e íons hidroxila (OH•, três elétrons). Absorção de energia radiante (p. ex., luz ultravioleta, raios-X). A radiação ionizante pode hidrolisar a água em radicais livres hidroxila (OH•) e hidrogênio (H). Surtos rápidos de ERO são produzidos em leucócitos ativados, durante a inflamação. Isso ocorre por uma reação precisamente controlada em um complexo de múltiplas proteínas de membrana plasmática que usam a NADPH oxidase para a reação redox. Além disso, algumas oxidases intracelulares (como a xantina oxidase) geram radicais superóxido. Metabolismo enzimático de substâncias químicas exógenas ou drogas podem gerar radicais livres que não são espécies reativas de oxigênio, mas produzem efeitos semelhantes (p. ex., o CCl4 pode gerar CCl3, descrito adiante neste capítulo). Os metais de transição como o ferro e o cobre doam ou aceitam elétrons livres durante reações intracelulares e catalisam a formação de radicais livres como na reação de Fenton (H2O2 + Fe2+ → Fe3+ + OH + OH−). Como a maior parte do ferro livre intracelular está no estado férrico (Fe3+), ele deve primeiro ser reduzido ao estado ferroso (Fe2+) para participar da reação de Fenton. Essa redução pode ser aumentada pelo superóxido e, assim, fontes de ferro e superóxido cooperam na lesão celular oxidativa. O óxido nítrico (NO), um mediador químico importante gerado por células endoteliais, macrófagos, neurônios e outros tipos celulares, pode atuar como radical livre e também ser convertido no ânion peroxinitrito altamente reativo (ONOO−), bem como em NO2 e NO3−. 22
Remoção dos Radicais Livres. Os radicais livres são naturalmente instáveis e decompõem-se espontaneamente. O superóxido, por exemplo, é instável e decompõe-se (sofre dismutação) espontaneamente em oxigênio e peróxido de hidrogênio na presença de água. Além disso, as células desenvolveram múltiplos mecanismos enzimáticos e não enzimáticos para a remoção de radicais livres e, assim, minimizar a lesão. Estes incluem: Antioxidantes que bloqueiam o início da formação de radicais livres ou os inativam (p. ex, removem). São exemplos as vitaminas lipossolúveis E e A, bem como o ácido ascórbico e glutationa no citosol. Conforme vimos, o ferro e o cobre podem catalisar a formação de espécies reativas de oxigênio. Os níveis desses metais reativos são reduzidos por ligação dos íons a proteínas de armazenamento e transporte (p. ex., transferrina, ferritina, lactoferrina e ceruloplasmina), diminuindo, assim, a formação de ERO. Uma série de enzimas atua como sistemas de remoção de radicais livres e degradam o H2O2 e O .Essas enzimas localizam-se próximas ao local de geração dos oxidantes e incluem as seguintes: 1. Catalase, presente nos peroxissomos, que decompõe o H2O2 (2H2O2→ O2+ 2H2O). 2 . Superóxido dismutases (SODs) são encontradas em muitos tipos celulares e convertem o superóxido em H2O2 (2O + 2H → H2O2 + O2). Esse grupo inclui a manganês-superóxido dismutase, que se localiza nas mitocôndrias e a cobre-zincosuperóxido dismutase, que é encontrada no citosol. 3. A glutationa peroxidase também protege contra lesão catalisando a degradação de radicais livres (H2O2 + 2GSH → GSSG [homodímero de glutationa] +2H2O ou 2OH + 2GSH → GSSG + 2H2O). A proporção intracelular de glutationa oxidada (GSSG) para glutationa reduzida (GSH) reflete o estado oxidativo da célula e é um indicador importante da habilidade das células de desintoxicar espécies reativas de oxigênio.
 
 
 
Efeitos Patológicos dos Radicais Livres. Os efeitos das espécies reativas de oxigênio e de outros radicais livres são bastante amplos, porém três reações são particularmente relevantes na lesão celular (Fig. 1-20): Peroxidação lipídica das membranas. Na presença de O2, os radicais livres causam peroxidação dos lipídios dentro das membranas plasmáticas e das organelas. A lesão oxidativa é desencadeada quando as ligações duplas em ácidos graxos insaturados dos lipídios da membrana são atacadas por radicais livres derivados do O2, particularmente por OH•. As interações lipídio-radical livre geram peróxidos, que são instáveis e reativos, e sobrevém uma reação em cadeia autocatalítica (denominada propagação), que pode resultar em lesão extensa das membranas. Modificação oxidativa das proteínas. Os radicais livres promovem a oxidação das cadeias laterais de aminoácidos, formação de ligações cruzadas proteína-proteína (p. ex., pontes dissulfeto) e oxidação do esqueleto da proteína. A modificação oxidativa de proteínas pode lesar os sítios ativos das enzimas, romper a conformação de proteínas estruturais e intensificar a degradação pelos proteossomas de proteínas não dobradas ou anormalmente dobradas, gerando destruição em toda célula. Lesões do DNA. Os radicais livres são capazes de causar a quebra dos filamentos únicos e duplos do DNA, da ligação cruzada dos filamentos e a formação de complexos de adição. A lesão oxidativa do DNA foi implicada no envelhecimento celular (discutido adiante) e na transformação maligna das células.
 
 
O antigo conceito sobre radicais livres era de que estes causam lesão celular e morte por necrose e, de fato, a produção de espécies reativas de oxigênio é uma introdução à necrose. Contudo, agora está claro que os radicais livres podem, também, disparar a apoptose. Estudos recentes revelaram também um papel das espécies reativas de oxigênio na sinalização de vários receptores celulares e intermediários bioquímicos.De acordo com uma hipótese, as principais ações do superóxido se originam de sua habilidade em estimular a produção de enzimas degradativas em vez de lesão direta de macromoléculas. É provável, também, que essas moléculas potencialmente mortíferas desempenhem importantes funções fisiológicas
3.2.5- Aumento de permeabilidade da membrana
A perda inicial da permeabilidade seletiva da membrana levando finalmente à lesão franca da membrana é uma característica consistente da maioria das formas de lesão celular (exceto apoptose). A lesão de membranapode afetar as funções e integridade de todas as membranas celulares. Discutiremos, a seguir, os mecanismos e as consequências patológicas da lesão de membrana.
 Mecanismos da Lesão de Membrana. Nas células isquêmicas, os defeitos de membrana resultam da depleção de ATP e da ativação de fosfolipases mediada pelo cálcio. A membrana plasmática pode também ser danificada diretamente por várias toxinas microbianas, proteínas virais, componentes líticos do complemento e por uma variedade de agentes químicos e físicos. Vários mecanismos bioquímicos podem contribuir para os danos à membrana : Espécies reativas de oxigênio. Os radicais livres do oxigênio causam lesão às membranas celulares através da peroxidação lipídica, discutida inicialmente. Diminuição da síntese de fosfolipídios. Nas células, a produção de fosfolipídios pode ser reduzida como consequência de um defeito na função mitocondrial ou hipoxia, ambos diminuindo a produção de ATP e afetando as atividades enzimáticas dependentes de energia. A redução de síntese de fosfolipídios afeta todas as membranas celulares, incluindo as membranas mitocondriais. Aumento da degradação dos fosfolipídios. Uma lesão celular acentuada está associada com o aumento da degradação dos fosfolipídios da membrana, provavelmente devido à ativação de fosfolipases endógenas por elevação dos níveis de Ca2+ no citosol e nas mitocôndrias. A degradação dos fosfolipídios leva ao acúmulo de produtos de degradação dos lipídios, incluindo ácidos graxos livres não estereficados, acil-carnitina e lisofosfolipídios, que possuem um efeito detergente nas membranas. Eles também se inserem na bicamada lipídica da membrana ou trocam de posição com os fosfolipídios da membrana, causando potencialmente alterações na permeabilidade e alterações eletrofisiológicas. Anormalidades citoesqueléticas. Os filamentos do citoesqueleto funcionam como âncoras que conectam a membrana plasmática ao interior da célula. A ativação de proteases pelo cálcio citosólico aumentado pode danificar os elementos do citoesqueleto. Na presença de tumefação celular, essa lesão gera, particularmente nas células miocárdicas, desprendimento da membrana celular do citoesqueleto, tornando-se suscetível a estiramento e ruptura.
Consequências da Lesão de Membrana. Os locais mais importantes de danos à membrana durante lesão celular são as membranas mitocondriais, membrana plasmática e membranas dos lisossomas. Danos à membrana mitocondrial. Como já discutidos, os danos às membranas mitocondriais resultam na abertura dos poros de transição de permeabilidade mitocondrial levando ao decréscimo de ATP, e liberação de proteínas que disparam a morte por apoptose. Danos à membrana plasmática. Os danos à membrana plasmática levam à perda do equilíbrio osmótico e influxo de líquidos e íons, bem como à perda dos conteúdos celulares. As células podem, também, perder metabólitos que são vitais para a reconstituição do ATP, depletando, então, os estoques de energia. Lesão às membranas lisossômicas resulta em extravasamento de suas enzimas para o citoplasma e ativação das hidrolases ácidas, em pH intracelular ácido da célula lesada (p. ex., célula isquêmica). Os lisossomos contêm RNases, DNases, proteases, fosfatases, glicosidases e catepsinas. A ativação dessas enzimas leva à digestão enzimática das proteínas, RNA, DNA e glicogênio e a célula morre por necrose.
3.2.6- Acúmulo de DNA modificado e proteínas mal dobradas
As células possuem mecanismos que reparam as lesões ao DNA, porém se o dano é muito grave para ser corrigido (p. ex., após exposição do DNA a drogas nocivas, radiação ou estresse oxidativo), a célula inicia um programa de suicídio que resulta em morte por apoptose. Uma reação semelhante é iniciada por proteínas impropriamente dobradas, as quais podem ser resultantes de mutações herdadas ou desencadeadores externos, como os radicais livres. Como estes mecanismos de lesão celular causam, tipicamente, a apoptose, serão discutidos mais adiante no capítulo.
 Antes de concluirmos a discussão sobre os mecanismos de lesão celular, é útil considerar os possíveis eventos que determinam quando a lesão reversível se torna irreversível e progride até morte celular. A relevância clínica desta questão é óbvia – se pudermos respondê-la, seremos capazes de traçar estratégias para prevenir lesão celular de consequências deletérias permanentes. No entanto, os mecanismos moleculares que conectam a maioria das formas de lesão celular para fundamentar a morte celular foram evasivos, por várias razões. O “ponto sem retorno” no qual a lesão se torna irreversível está ainda grandemente indefinido, e não há correlação bioquímica ou morfológica confiável de irreversibilidade. Dois fenômenos caracterizam consistentemente a irreversibilidade – a incapacidade de reverter a disfunção mitocondrial (perda de fosforilação oxidativa e de geração de ATP), mesmo depois da resolução da lesão original, e perturbações profundas na função da membrana. Como mencionado anteriormente, a lesão às membranas lisossômicas resulta na dissolução enzimática da célula lesada, que é característica da necrose.
 O extravasamento de proteínas intracelulares através da membrana da célula lesada e, por último, para a circulação fornece um meio de detectar lesão celular e necrose tecido-específicas usando-se amostras de soro sanguíneo. Por exemplo, o músculo cardíaco contém uma isoforma específica da creatina-cinase e da proteína contrátil troponina; o fígado (especificamente o epitélio do ducto biliar) contém uma isoforma da enzima fosfatase alcalina e os hepatócitos contêm transaminases. Nesses tecidos, a lesão irreversível e morte celular são refletidas por níveis elevados dessas proteínas no sangue e as medidas desses biomarcadores são usadas para avaliar os danos a esses tecidos.
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA
KUMAR, Vinay; ABBAS, Abul K.; ASTER, Jon C. Robbins patologia básica. 9. ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2013