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1 Luana Mascarenhas Couto 18.2- EBMSP Necrose e Apoptose As células geralmente mantém um estado de homeostasia, no qual o meio intracelular é mantido dentro de uma faixa razoavelmente estreita dos parâmetros fisiológicos. Porém, essas podem sofrer adaptações, alcançando um novo estado constante, a fim de preservar sua viabilidade e função. Se a capacidade adaptativa é excedida ou se o estresse externo é inerentemente nocivo se desenvolve a lesão celular. Dentro de certos limites, a lesão é reversível e as células retornam a um estado basal estável, entretanto, um estresse grave, persistente e de inicio rápido resulta em uma lesão irreversível. As principais respostas adaptativas são: hipertrofia, hiperplasia, atrofia e metaplasia. Adaptações celulares ao estresse As adaptações são alterações reversíveis em numero, tamanho, fenótipo, atividade metabólica ou das funções celulares em resposta às alterações no seu ambiente. As adaptações fisiológicas normalmente representam respostas celulares à estimulação normal pelos hormônios ou mediadores químicos endógenos. Já as adaptações patológicas são respostas ao estresse que permitem às células modularem sua estrutura e função escapando, assim, da lesão. Hipertrofia: Refere-se ao aumento do tamanho das células que resulta em aumento do tamanho do órgão. Ou seja, não existem células novas, apenas células maiores e acontece em células que possuem capacidade limitada de se replicar. Essa pode ser fisiológica ou patológica. Hiperplasia: Refere-se ao aumento do número de células, devido à proliferação de células diferenciadas e substituição por células tronco do tecido. Logo, acontece em células capazes de se replicar. A hiperplasia pode ser fisiológica ou patológica. Em ambas, a proliferação celular é estimulada por fatores de crescimento que são produzidos por vários tipos celulares. Hiperplasia fisiológica: - Hiperplasia hormonal; - Hiperplasia compensatória: ex- fígado. Hiperplasia patológica: é causada por estimulação excessiva hormonal ou por fatores de crescimento. OBS: O processo hiperplásico permanece controlado, se os sinais que a iniciam cessam. E é justamente isso que diferencia as hiperplasias patológicas benignas do câncer, no qual os mecanismos de controle do crescimento tornam- se desregulados ou ineficazes. OBS: Podem ocorrer juntas- hipertrofia + hiperplasia. Atrofia: Refere-se à diminuição do tamanho da célula, pela perda de substância celular. Embora as células atróficas tenham sua função diminuída, elas não estão mortas. As causas da atrofia incluem a diminuição da carga de trabalho, perda da inervação, diminuição do suprimento sanguíneo, nutrição inadequada, perda da estimulação endócrina e o envelhecimento (atrofia senil). Os mecanismos da atrofia consistem em uma combinação de síntese proteica diminuída e degradação proteica aumentada das células. - A síntese proteica diminui por causa da redução da atividade metabólica (poupa energia); - A degradação de proteínas ocorre, principalmente, pela via ubiquitina-proteossoma. OBS: Em muitas situações, a atrofia é acompanhada também pelo aumento da autofagia, que resulta no aumento do número de vacúolos autofágicos. Metaplasia: É uma alteração reversível na qual um tipo celular adulto (epitelial ou mesenquimal) é substituído por outro tipo celular adulto. Nesse tipo de adaptação celular, uma célula sensível é substituída por outro tipo mais capaz de suportar o ambiente hostil. 2 Luana Mascarenhas Couto 18.2- EBMSP Visão geral da lesão celular e morte celular Nos estágios iniciais ou nas formas leves de lesão, as alterações morfológicas e funcionais são reversíveis se o estimulo nocivo for removido. Com a persistência do dano a lesão torna-se irreversível e com o tempo a célula não pode mais recuperar e morre. Existem dois tipos de morte celular: - Necrose: ocorre quando o dano às membranas é acentuado, as enzimas extravasam nos lisossomos, entram no citoplasma e digerem a célula. - Apoptose: quando a célula é privada de fatores de crescimento ou quando o DNA celular ou as proteínas são danificados sem reparado, a célula se suicida. Ela é caracterizada pela dissolução nuclear sem perda da integridade de membrana. OBS: Enquanto a necrose sempre constitui um processo patológico, a apoptose auxilia em muitas funções normais. Causas da lesão celular Privação de oxigênio: A hipóxia pode ser diferenciada da isquemia, pois essa é a perda do suprimento sanguíneo em um tecido devido ao impedimento do fluxo arterial ou à redução da drenagem venosa. Já a isquemia é a causa mais comum de hipóxia. Agentes químicos: Enorme número de substâncias químicas podem lesar as células. Agentes infecciosos Reações imunológicas Fatores genéticos: Esses causam lesões devido a deficiência de proteínas funcionais, como defeitos enzimáticos. 3 Luana Mascarenhas Couto 18.2- EBMSP Desequilíbrios nutricionais Agentes físicos: A exemplo do trauma, temperatura, radiação, choque elétrico e as alterações bruscas na pressão atmosférica. Envelhecimento: A senescência celular leva a alterações nas habilidades replicativas e de reparo das células e tecidos e isso gera a diminuição na capacidade de responder ao dano. Morfologia da lesão celular e tecidual Embora não existam correlações morfológicas ou bioquímicas definitivas da irreversibilidade, dois fenômenos caracterizam consistentemente essa: a incapacidade de reverter à disfunção mitocondrial e distúrbios na função da membrana. Lesão reversível As duas principais características morfológicas da lesão celular reversível são: tumefação celular, a qual é resultado da falência das bombas de íons e degeneração gordurosa, a qual ocorre na lesão hipóxica e em varias formas de lesão metabólica ou toxica e se manifesta através do surgimento de vacúolos lipídicos. As alterações intracelulares associadas à lesão reversível incluem: - Alterações na membrana plasmática; - Alterações mitocondriais; - Dilatação do RE com destacamento dos ribossomos e dissociação dos polissomos; - Alterações nucleares com condensação da cromatina. Necrose É o tipo de morte celular que está associado à perda da integridade da membrana e extravasamento dos conteúdos celulares, culminando na dissolução das células. Os conteúdos celulares que escapam sempre iniciam uma reação de inflamação, no intuito de eliminar as células mortas e iniciar o processo de reparo. OBS: As células necróticas exibem aumento da eosinofilia (coloração rosa). Padrões de necrose tecidual Necrose de coagulação: é a forma de necrose tecidual na qual a arquitetura básica dos tecidos mortos é preservada por, pelo menos, alguns dias. Essa é características de infartos sem todos os órgãos solido, exceto cérebro. Necrose liquefativa: é observada em infecções bacterianas focais ou, ocasionalmente, nas infecções fúngicas porque os micróbios estimulam o acúmulo de células inflamatórias e as enzimas dos leucócitos a digerirem o tecido. Necrose gangrenosa: é aplicado a um membro que tenha perdido seu suprimento sanguíneo e que sofreu necrose de coagulação, envolvendo várias camadas de tecido. Necrose caseosa é encontrada mais frequentemente em focos de infecção tuberculosa. Esse termo é semelhante a queijo. Diferentemente da necrose de coagulação, a arquitetura do tecido é completamente obliterada e os contornos celulares não podem ser distinguidos. 4 Luana Mascarenhas Couto 18.2- EBMSP Necrose gordurosa: refere-se a áreas focais de destruição gordurosa. Geralmente ocorre quando as enzimas pancreáticas destroem os adipócitos digerindo os ésteres de triglicerídeos. Os ácidos graxos liberados se combinam como cálcio, produzindo áreas brancas gredosas macroscopicamente visíveis. Necrose fibrinoide: é uma forma especial de necrose, geralmente observada nas reações imunes, nas quais complexos de antígenos e anticorpos são depositados nas paredes das artérias. Mecanismos da lesão celular Os princípios gerais das formas de lesão celular: - A resposta celular ao estimulo nocivo depende do tipo de lesão, da duração e da sua gravidade. - As consequências de um estímulo nocivo dependem do tipo, status, adaptabilidade e fenótipo genético da célula lesada. - A lesão celular resulta de alterações bioquímicas e funcionais em um ou mais dos vários componentes celulares essenciais: mitocôndrias e sua habilidade de gerar ATP e ERRO em condições patológicas; desequilíbrio na homeostase do cálcio, danos às membranas celulares (plasmática e lisossômica) e danos ao DNA e ao dobramento das proteínas. - As múltiplas alterações bioquímicas podem ser disparadas por qualquer lesão nociva. Principais mecanismos de lesão celular: Depleção de ATP: as principais causas de depleção de ATP são a redução do suprimento de oxigênio e nutrientes, dano mitocondrial e as ações de algumas toxinas. Essa depleção tem efeitos em muitos sistemas celulares: - A atividade da bomba de sódio na membrana plasmática dependente de ATP é reduzida, resultando em acumulo intracelular de sódio e efluxo de potássio. O ganho final de soluto é acompanhado de ganho de água, causando tumefação celular e dilatação do RE. - Ocorre aumento compensatório na glicólise anaeróbica, na tentativa de manter as fontes de energia. Como consequência, as reservas de glicogênio intracelular são rapidamente exauridas e o ácido lático se acumula, levando a diminuição do ph intracelular e a diminuição da atividade de muitas enzimas. - Falência na bomba de cálcio levando ao influxo de cálcio. - Rompimento estrutural do aparelho de síntese proteica, manifestado como desprendimento dos ribossomos do RER e dissociação dos polissomos. Danos e Disfunções mitocondriais: resultam em graves anormalidades bioquímicas: falha na fosforilação oxidativa levando a depleção de ATP, culminando em necrose da celular; fosforilação oxidativa anormal formando espécies reativas de oxigênio; forma-se um canal de alta condutância na membrana mitocondrial, o chamado poro de transição de permeabilidade mitocondrial, o que leva a perda do potencial da membrana da mitocôndria e alteração do PH; as mitocôndrias contêm várias proteínas que quando liberadas para o 5 Luana Mascarenhas Couto 18.2- EBMSP citoplasma informam à célula que há uma lesão interna e ativam a via da apoptose. Influxo de cálcio: isquemia e certas toxinas causam aumento da concentração do cálcio no citosol, inicialmente por causa da liberação do cálcio armazenado intracelularmente e mais tarde o cálcio resultante do influxo aumentado através da membrana plasmática. Esse aumento do cálcio no citosol ativa várias enzimas, as quais incluem fosfolipase (causa danos à membrana), proteases (clivam proteínas de membrana e do citoesqueleto), endonucleases (responsáveis pela fragmentação da cromatina e do DNA) e as trifosfatases de adenosina (ATPASE). O aumento do cálcio também resulta na indução da apoptose através da ativação direta das caspases e pelo aumento da permeabilidade mitocondrial. Acúmulo de radicais livres derivados do oxigênio (estresse oxidativo): os radicais livres iniciam reações autocatalicas, além de reagir com outras substâncias, como ácidos nucleicos, proteínas e lipídios celulares. Existem diferentes tipos de espécies reativas do oxigênio (ERO) produzidos por duas vias principais: - Normalmente as ERO são produzidas em pequenas quantidades em todas as células, durantes as reações de oxidação a redução, que ocorrem durante a respiração e geração de energia mitocondrial. Nesse processo, o oxigênio molecular é reduzido para gerar agua. Entretanto, essa reação é imperfeita e pequenas quantidades de intermediários tóxicos altamente reativos são gerados, incluindo o superóxido, convertido em superóxido de hidrogênio. - As ERO são produzidas pelos leucócitos, principalmente neutrófilos e macrófagos, como uma arma de destruição de micróbios e outras substancias durante a inflamação e defesa do hospedeiro. As ERO são geradas nos fagossomas em um processo conhecido como surto respiratório ou oxidativo. Nesse processo, uma enzima da membrana catalisa a geração de H2O2 e esse é convertido a um composto hipoclorito altamente reativo. é convertido a um composto hipoclorito altamente reativo. O dano causado pelos radicais livres é determinado por suas taxas de produção e remoção. Evolutivamente as células desenvolveram múltiplos mecanismos para remoção dos radicais livres, de modo a minimizar as lesões. - A taxa de decomposição espontânea do superóxido é aumentada significativamente pela ação das superóxido dismutases (SODS); - As glutationa peroxidases (GSH) protegem as células da lesão oxidativa; - Catalase direciona a decomposição do peroxido de hidrogênio; - Antioxidantes endógenos ou exógenos podem bloquear a formação de radicais livres ou removê-los. As espécies reativas de oxigênio causam lesão através de três principais reações: - Peroxidação lipídica das membranas: ataque as ligações duplas de lipídios; 6 Luana Mascarenhas Couto 18.2- EBMSP - Ligação cruzada e outras alterações das proteínas; - Lesões do DNA. Defeitos na permeabilidade da membrana: o aumento da permeabilidade da membrana, levando a lesão da membrana é uma característica consistente da maioria das formas de lesão celular que culmina em necrose. Os mecanismos são: - Diminuição da síntese de fosfolipídios devido à diminuição de ATP; - Aumento da degradação dos fosfolipídios; - ERO; - Alterações do citoesqueleto; - Produtos de degradação de lipídios: possuem efeito detergente sobre as membranas, além de se inserirem na bicamada lipídica ou trocarem a posição com os fosfolipídios, alterando a permeabilidade. Os sítios mais importantes da membrana, durante a lesão celular são as mitocondriais, plasmáticas e lisossômicas. Danos ao DNA e às proteínas: as células possuem uma forma de reparar as lesões do DNA, porem se o dano for muito grave a célula inicia seu processo e morre por apoptose. Uma reação semelhante é iniciada quando proteínas são impropriamente dobradas. Correlações clinopatológicas: exemplos de lesão celular e necrose Lesão isquêmica e hipóxia: Isquemia ou redução do fluxo sanguíneo para o tecido é a forma mais comum de lesão celular aguda. Ao contrario da hipóxia, na qual a produção de energia anaeróbica continua, a isquemia causa redução do fluxo sanguíneo e de substratos para a glicólise, logo, a isquemia lesa os tecidos mais rapidamente que a hipóxia. A alteração mais importante nas células hipóxicas que leva a lesão celular é a redução da geração de ATP intracelular, como consequência do suprimento reduzido de oxigênio. Lesão de isquemia-reperfusão: A restauração do fluxo sanguíneo pode resultar em restauração das células se elas foram lesadas de modo reversível. No entanto, em certas circunstâncias, a restauração do fluxo sanguíneo para tecidos isquêmicos, mas não mortos, resulta em morte das células que não estavam irreversivelmente lesadas. Essa tão conhecida lesão isquemia-reperfusão. Vários mecanismos podem ser responsáveis pela exacerbação da lesão celular resultante da reperfusão dentro dos tecidos isquêmicos: - Uma nova lesão pode ser iniciada durante a reoxigenação, devido à formação de ERO; - Inflamação. Lesão química (tóxica): As substancia químicas induzem lesão celular pode um dos dois mecanismos gerais: - Atuam diretamentepela combinação com um componente molecular critico ou com uma organela celular; - Muitas outras substâncias químicas não são biologicamente ativas, mas devem ser primeiro convertidos a metabolitos tóxicos reativos, que então agem sobre as células-alvo. Apoptose É uma via de morte celular, induzida por um programa de suicídio estritamente regulado no qual as células destinadas a morrer ativam enzimas que degradam seu próprio DNA e as proteínas nucleares e citoplasmáticas. A membrana plasmática da celular apoptótica permanece intacta, mas é alterada de tal maneira que a célula e seus fragmentos tornam- se alvos atraentes para fagócitos. Rapidamente, as células mortas e seus fragmentos são removidos e por isso não induz a uma reação inflamatória. Causas da apoptose: Em condições fisiológicas funciona para eliminar as células que não são mais necessárias e para manter nos tecidos um numero constante das varias populações celulares: - Destruição programada de células durante a embriogênese; 7 Luana Mascarenhas Couto 18.2- EBMSP - Involução de tecidos hormônios-dependentes sob privação de hormônio; - Perda celular em populações celulares proliferativas; - Morte de células que já tenham cumprido seu papel; - Eliminação de linfócitos autorreativos potencialmente nocivos; - Morte celular induzida por linfócitos T citotóxicos. A apoptose em condições patológicas elimina células que estão geneticamente alteradas ou lesadas de modo irreparável. Mecanismos da apoptose: A apoptose resulta da ativação de enzimas chamadas caspases. Duas vias distintas convertem para a ativação dessas. - Via mitocondrial (intrínseca): as mitocôndrias contem uma serie de proteínas que são capazes de induzir a apoptose. A escolha entre sobrevivência e morte celular é determinada pela permeabilidade da mitocôndria. Quando as células são privadas de fatores de crescimento ou outros sinais de sobrevivência ou são expostas a agentes que lesem o DNA ou acumulam quantidades inapropriadas de proteínas anormalmente dobradas, um grupo de sensores é ativado. Esses sensores são membros da família BCL2, as chamadas proteínas BH3. Essa por sua vez, ativa dois membros pró-apoptóticos das famílias chamadas BAX e BAK, que se dimerizam e se inserem dentro da membrana mitocondrial, formando canais através dos quais o citocromos C e outras proteínas extravasam para o citosol. Além disso, esses sensores também inibem moléculas antiapoptóticas BCL2 E BCL XL, aumentando o extravasamento de proteínas. O citocromos C, em conjunto com cofatores, ativa a caspase 9. O resultado final é a ativação da cascata de caspases, levando a fragmentação nuclear. - Via receptor de morte da apoptose (extrínseca): muitas células expressam moléculas de superfície, chamadas de receptores de morte, que disparam a apoptose. A maioria dessas moléculas são receptores membros da família do fator de necrose tumoral (TNF). Os receptores de morte prototípicos são do tipo TNF1 e FAZ (CD95). O ligante de FAZ (FAS-L) é uma proteína expressa principalmente nos linfócitos T ativados. Quando essas células T reconhecem os alvos que expressam FAZ, as moléculas FAZ são ligadas em reações cruzadas pelo FAS-L e proteínas de ligação adaptadoras via domínio de morte. Essas por sua vez, recrutam e ativam a caspase 8, a qual pode clivar a ativar um membro pró- apoptótico da família BCL2, chamado de BID, portanto dentro da via mitocondrial. As proteínas celulares, notadamente um antagonista de caspase chamado de FLIP, bloqueia a cascata de ativação das caspases dos receptores de morte. Ativação e função das caspases: As vias mitocondrial e de receptor de morte levam à ativação de caspases desencadeantes, caspases 9 e 8, respectivamente. As formas ativas dessas enzimas são produzidas e clivam outra serie de caspases chamadas de executoras. Essas ativadas clivam numerosos alvos, 8 Luana Mascarenhas Couto 18.2- EBMSP culminando na ativação de nucleases, que degradam nucleoproteínas e DNA. Remoção das células apoptóticas: As células apoptóticas atraem os fagócitos produzindo sinais de “coma-me”. Em células saudáveis, a fosfatidilserina está presente no folheto interno da membrana plasmática, mas nas células apoptóticas esse fosfolipídio se move para fora, onde é reconhecido pelos macrófagos. Exemplos de apoptose: - Privação de fator de crescimento - Lesão de DNA: quando o DNA é lesado, a proteína P53 se acumula nas células. Primeiro, ela interrompe o ciclo celular para conceder tempo para o reparo, entretanto, se o dano for grande, a p43 desencadeia a apoptose por estimulação dos sensores que ativam BAX E BAK e por aumento da síntese de membros pró-apoptótico da família BCL2. - Acúmulo de proteínas anormalmente dobradas: estresse do RE: durante a síntese normal de proteínas, as chaperonas, no RE, controlam o dobramento de proteínas e os polipeptídios mal dobrados são ubiquitinados e direcionados a proteólise. Entretanto, se proteínas não dobradas ou anormalmente dobradas se acumulam no RE devido a mutações ou perturbações ambientais, induzem uma resposta celular protetora, chamada de resposta de proteína não dobrada. Essa resposta ativa as vias de sinalização que aumentam a produção de chaperonas e retardam a translação da proteína, reduzindo, assim, os níveis de proteínas mal dobradas na célula. Em circunstância nas quais o acúmulo de proteínas mal dobradas ultrapassa essas adaptações, o resultado é o estresse do RE, que ativa caspases que levam à apoptose. - Apoptose de linfócitos autorreativo; - Apoptose mediada por linfócito T citotóxico: essas células reconhecem antígenos estranhos e os grânulos dos LTC contendo proteases chamadas de granzimas penetram nas células- alvo. Essas por sua vez, clivam as proteínas nos resíduos de aspartato ativando as caspases. Autofagia Refere-se à digestão lisossômica dos próprios componentes da célula. Constitui mecanismo de sobrevivência, em períodos de privação de nutrientes. Nesse processo, as organelas intracelulares e partes do citosol são primeiramente sequestradas do citoplasma em um vacúolo autofágico. Esse se funde com os lisossomos para formar autofagolisossoma, que digere os componentes celulares através das enzimas lisossômicas. Acúmulos intracelulares Existem quatro vias principais de acumulações intracelulares: - Remoção inadequada de uma substância normal; - Acúmulo de uma substância endógena anormal resultante de defeitos; - Deficiência em degradar um metabolito; - Depósito e acúmulo de uma substância exógena anormal. Degeneração gordurosa (esteatose): Refere-se a qualquer acúmulo anormal de triglicerídeos dentro das células do parênquima. Proteínas: Pode ocorrer porque os excessos são apresentados às células ou porque as células sintetizam quantidades excessivas. Colesterol e ésteres de colesterol Glicogênio Pigmentos: Os pigmentos são substancias coloridas exógenas. Calcificação patológica É um processo comum que implica o deposito de sais de cálcio, em combinação com pequenas quantidades de ferro, magnésio e outros minerais. Quando esse depósito ocorre em tecidos mortos ou que estão morrendo é chamado de calcificação distrófica (níveis normais de cálcio) Ao contrario, o deposito de cálcio em tecidos normais é chamada de calcificação metastática (hipercalcemia). 9 Luana Mascarenhas Couto 18.2- EBMSP Calcificação distrófica: É encontrada em áreas de necrose de qualquer tipo. Calcificação metastática: Pode ocorrer em tecidos normais sempre que há hipercalcemia, sendo essa causada por 4 principais motivos: aumento da secreção do paratormônio, devido a tumores primários das paratireoides ou à produção de proteínas relacionada ao paratormônio;destruição óssea; distúrbios relacionados à vitamina D e insuficiência renal, na qual a retenção de fosfato leva ao hipoparatireoidismo secundário. Envelhecimento celular O envelhecimento celular é o resultado do declínio progressivo do tempo de vida e da capacidade funcional das células. Acredita-se que vários mecanismos são responsáveis pelo envelhecimento celular: - Lesão do DNA; - Diminuição da replicação celular: é senescência replicativas, o qual envolve o encurtamento progressivo dos telômeros, o que resulta finalmente em parada do ciclo celular. (Os telomeros são sequencias repetidos curtos do DNA presentes nas extremidades lineares dos cromossomos importantes para garantir a replicação completa. O comprimento dos telômeros é mantido pela adição de nucleotídeos, mediada pela enzima telomerase). (As células cancerosas conseguem retomar a atividade da telomerase e isso gera um aumento novamente da replicação, porém agora de forma exacerbada). (As células germinativas e tronco possuem uma grande capacidade de divisões celulares, enquanto as somáticas perdem essa capacidade no decorrer do tempo). - Deficiência da homeostasia proteica
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