LESÕES ELEMENTARES CELULARES E TECIDULARES. ADAPTAÇÃO CELULAR

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1 LESÕES ELEMENTARES CELULARES E TECIDULARES. ADAPTAÇÃO CELULAR I. INTRODUÇÃO Uma lesão celular ocorre quando as células são submetidas a um stress tão severo que não são mais capazes de se adaptar ou quando são expostas a agentes perniciosos (que causa danos). Essa lesão pode progredir para um estágio irreversível e culminar na morte celular. as alterações morfológicas que ocorrem na lesão celular podem ser divididas em: 1. Lesão celular reversível 2. Lesão celular irreversível e morte celular (dois tipos de morte: apoptose e necrose, que diferem quanto à sua morfologia, mecanismos e papéis que desempenham nas doenças e fiosiologia.) II. CAUSAS DAS LESÕES CELULARES As causas das lesões celulares podem ser de grande violência física externa (ex: acidente de automóvel, corte) ou de origem endógena (ex. mutações genéticas subtis que levam à ausência de enzimas responsáveis por um determinada função metabólica). Os estímulos nocivos que são responsáveis por estas alterações são: i. AUSÊNCIA DE O 2 - a hipoxia, ou défice de oxigénio causa lesão celular pela redução da respiração aeróbia oxidativa. é diferente de isquémia que compromete não só as necessidades de O2 como de metabolitos (há suprimento sanguíneo devido a obstrução do fluxo arterial ou redução da drenagem venosa num tecido). Exemplo de patologia associada a lesão hipóxica ou isquémica- insuficiência cardiorespiratória, anemia ii. AGENTES FÍSICOS- trauma mecânico, temperaturas extrema, mudanças bruscas na pressão atm., radiação e choque eléctrico. iii. AGENTES QUÍMICOS E DROGAS- substâncias como o sal ou a glicose em quantidades hipertónicas podem causar alterações no equilíbrio electrolítico da célula. Até o próprio O2 em excesso é tóxico. Outros exemplos de agentes químicos são os venenos (cianetos, arsénio, mercurio), poluentes industriais do nosso quotidiano, insecticidas e herbicidas, ameaças industrias e ocupacionais (asbestos, monóxido de C) ou ainda estímulos sociais (como o álcool e narcóticos) e as drogas terapêuticas.

2 iv. AGENTES INFECCIOSOS- uma variedade brutal de agentes biológicos como vírus, bactérias, fungos e parasitas que causam lesões variadas. v. REAÇÕES IMUNOLÓGICAS- apesar do S.I. desempenhar um papel de defesa contra agentes infecciosos, Às vezes causa lesões, por exemplo em situações como as reacções alérgicas a proteínas estranhas (reacção anafiláctica) ou as reacções aos nossos antigeneos (doenças A.I) vi. DISTURBIOS GENÉTICOS- defeitos a nível do DNA que podem ou não ser herdados causando anormalidades enzimáticas ou maior susceptibilidade das células a lesões por substancias químicas e outros ataques ambientais. como ex: anemia falciforme, fibrose cística, fenilcetunuria vii. DESEQUILÍBRIOS NUTRICIONAIS- deficiencias proteico-calóricas, vitamínicas causam um elevado número de mortes e ainda o excesso nutricional, que mais recentemente se tem tornado uma causa importante de lesão celular. Como exemplo: anorexia nervosa, Sindrome de Kwashiorkor (decorrente da falta de proteínas e vitaminas), aterosclerose (excesso de lípidos) e obesidade (saturação das células com gordura). Para além disto, a composição da alimentação também pode contribuir para várias doenças: diabetes p.ex. III. MECANISMOS DAS LESÕES CELULARES O tipo de Iesão depende não só do tipo, duração e intensidade do estímulo nocivo, como também do tipo de célula lesada e do seu estado metabólico. As consequências da lesão celular dependem do tipo, estado e grau de adaptação da célula danificada. A lesão celular resulta de anormalidades funcionais e bioquímicas em um ou mais componentes ou processos celulares essenciais, tais como: Respiração aeróbia Integridade membranar Síntese proteica Citoesqueleto Componente genética Fig. 1- Locais de dano celular e bioquímico na lesão celular, in Kumar, Abbas e Fausto - Robbins & Cotran Patologia

3 Mecanismos através dos quais surgem as várias lesões: Diminuição do ATP Danos mitocondriais Fluxo intracelular de cálcio e perda da homeostasia do cálcio Acumulação de ROS (stress oxidativo) Defeitos na permeabilidade da membrana A) Diminuição do ATP Fig. 2- Consequencias morfológicas e funcionais da redução de ATP intracelular durante a lesão celular, in Kumar, Abbas e Fausto- Robbins & Cotran Patologia A diminuição de ATP e redução da sua síntese estão frequentemente associados a lesões hipoxicas e químicas (tóxicas). O fosfato na forma de ATP é necessário para vários processos sintéticos e de degradação da célula. Desde o transporte pela membrana, à síntese proteica, lipídica etc. Se temos um fenómeno isquémico, não haverá chegada suficiente de glicose nem O 2 à mitocondria, impossibilitando a fosforilação oxidativa, a partir da qual se produziria ATP. Assim, com uma redução no ATP, vários sistemas ião falhar, como: i. a actividade das bombas de sódio da membrana plasmática que dependem de energia para trocar o Na + intracelular com o K + extracelular. Assim, a célula fica hipertónica com a acumulação de Na + no seu interior e temos situações como edemas por entrada de água para compensar a hipertonicidade (células ficam turgidas e RE dilata).

4 ii. o metabolismo da energia celular fica alterado- na ausencia de O 2 a fosforilação oxidativa cessa e as células ficam dependente da glicólise para produzir energia. Assim, vamos ter um aumento da taxa de glicólise anaeróbia e consequentemente redução do glicogénio (a nossa fonte de glicose) e acumulação de acido latico resultante da degradação (ph reduz causando condensação da cromatina e consequentemente diminui a actividade de muitas enzimas celulares) iii. a deficiência da bomba de Ca2 + irá resultar no influxo de cálcio com efeitos deletérios para vários componentes celulares (descritos mais a frente) iv. ruptura estrutural dos mecanismos de sintese proteica manifestada pelo descolamento dos ribossomas do RE granular e dissociação dos polissomas em monossomas, com a consequente redução da síntese proteica. B) Danos mitocondriais Fig. 3- disfunção mitocondrial na lesão celular, in Kumar, Abbas e Fausto Robbins & Cotran Patologia As mitocôndrias podem ser danificadas pelo aumento de cálcio no citosol, pelo strss oxidativo, degradação dos fosfolípidos e pelos produtos de degradação dos lípidos. A lesão vai resultar na formação de um canal de alta condutância não seletivo poro de transição de permeabilidade mitocondrial- na membrana mitocondrial interna. Este, pode tornar-se permanente se o estímulo nocivo persistir deixa portanto de haver uma manutenção do potencial de membrana o que significa uma sentença de morte para a célula. Para além disso, poderá haver extravasamento de citocromo c no citosol (importante na cadeira de tranposte de electrões) o que poderá levar à morte da célula.

5 C) Fluxo intracelular de cálcio e perda da homeostasia do cálcio Fig. 4- fontes e consequencias do nivel do aumento do calcio citosolico na lesao celular, in Kumar, Abbas e Fausto- Robbins & Cotran Patologia A isquemia e certas toxinas causam um aumento inicial da [c] de cálcio no citosol provocado pelo influxo de cálcio através da membrana plasmática (falha das bombas de Ca) e libertação de cálcio das mitocôndrias e do RE. O aumento continuado de cálcio intracelular resulta, subsequentemente, do aumento não especifico na permeabilidade da membrana. Esse aumento de cálcio, por sua vez, vai ativar uma série de enzimas que possuem efeitos celulares deletérios: - ATPases (diminuem o ATP) -fosfolipases (danificam as membranas) -proteases (degradam as proteínas da membrana e citoesqueleto) -endonucleases (fragmentam o DNA e a cromatina) O aumento dos níveis intracelulares de cálcio também causa um aumento da permeabilidade mitocondrial e induz a apoptose. D) Acumulação de ROS As espécies reactivas de oxigénio, produto da respiração mitocondrial, são espécies químicas altamente reativas, por possuírem apenas um único electrão na orbita e com capacidade de Danificar através de reacções catalíticas biomoléculas como lípidos, proteínas e ácidos nucleicos, gerando ainda mais radicais livres para propagar a cadeia de danos.

6 O organismo tem sistemas de defesa que eliminam estas espécies, contudo quando há um desequilíbrio na geração e eliminação de ROS temos stress oxidativo, associado a muitas condições patológicas. Lesões mediadas por radicais livres contribuem para: Lesões químicas por radiação Isquémia-reperfusão Envelhecimento celular Eliminação de microorganismos pelas células fagocitárias (em principio não vou usar esta imagem, vou me basear nela e criar um esquema mais simples que sintetize isto dos ROS) Os ROS podem ser criados por várias maneiras: -absorção de energia radiante (UV, raio-x) formação de OH - por hidrolise da agua -metabolismo enzimatico de substancias quimicas exógenas ou drogas CCl 4 pode gerar CCl 3 -reações redox que decorrem nos processos metabólicos normais (O - 2, H 2 O 2, OH - ) -metais de transição (Fe, Cu) que doam ou aceitam electrões livres durante reacções intracelulares e catalisam a formação de radicais livres, como na reacção de Fenton ( )

7 -oxido nítrico (mediador químico gerado pelas células endoteliais, macrófagos, neurónios, etc.) pode ser convertido em anião peroxinitrito altamente reativo (ONOO - ) Os efeitos destas espécies reactivas são amplos, mas três reacções são particularmente importantes para a lesão celular: 1. Peroxidação lipídica das membranas danos nos organelos e célula 2. Modificação oxidativa das proteínas promovem a oxidação da cadeia lateral dos a.a, formação de ligações cruzadas entre proteínas e oxidação da sua estrutura principal (fragmentação da proteína) 3. Lesões no DNA reacção com a timina do DNA leva a ruptura de filamentos do mesmo, relacionado com o envelhecimento celular e transformação maligna das células. Os mecanismos desenvolvidos para remover estas espécies reduzindo o grau de lesão são: -antioxidantes (Vit. A, E, C, glutatião) -enzimas como catálase, ddismutase superóxido, glutatião peroxidase Etc E) Defeitos na permeabilidade da membrana Fig. 5 e 6- mecanismos de dano na membrana pela lesão celular, in Kumar, Abbas e Fausto- Robbins & Cotran Patologia) A perda inicial da permeabilidade seletiva da membrana leva, finalmente, a um dano evidente na membrana, que pode afectar a mitocondria, a membrana plasmática da célula ou outras membranas celulares. Para além de eventos isquémicos que levem àdiminuição de ATP e activação de fosfolipases moduladas pelo cálcio, a membrana plasmática também pode ser lesada directamente por determinadas toxinas bacterianas, proteína viróticas, componentes líticos do complemento e uma grande

8 variedade de agentes físicos e químicos. Vários mecanismos podem contribuir para o dano da membrana: 1. Disfunção mitocondrial reduz síntese de fosfolípidos, bem como a diminuição de ATP resulta no aumento do cálcio activando fosfolipases e protéases; 2. Perda dos fosfolípidos da membrana associado aos níveis de cálcio 3. Anormalidades do citoesqueleto associada a activação das protéases que danificam a âncora que é o citoesqueleto 4. ROS lesionam pelos mecanismos vistos anteriormente 5. Produtos de degradação dos lípidos ác.gordos livres não esterificados entre outros, que actuam como detergentes nas membranas 6. Lesão dos lisossomas extravasamento e activação das suas enzimas catalíticas (RNases, DNases, proteases, fosfatases, glicosidases e catepsinas- digerem componentes celulares resultando na perda de RNA, DNA, glicogénio, causando a morte da célula.) IV. Lesões celulares reversíveis Ocorrem quando a célula, agredida pelo estímulo nocivo, sofre alterações funcionais e morfológicas, porém, mantém-se viva e recupera, voltando ao seu aspecto e funções normais, quando o estímulo agressor cessa. As formas das lesões reversíveis dependem do tipo, da duração e da intensidade das agressões, do tipo de célula lesada e do seu estado metabólico. Existem dois padrões de lesão celular reversível que podem ser observados na microscopia óptica. São eles o Edema Celular (inchaço da célula) e a Esteatose ou Degeneração Gordurosa (acumulação de gordura). Edema Celular O edema celular ocorre quando a célula agredida é incapaz de manter o seu equilíbrio iônico e hídrico, ocorrendo entrada e acumulação de sódio e água na célula. Esta situação resulta da perda da função da bomba de iões da membrana plasmática, dependentes de energia, e perda da integridade da membrana. O aumento do fluído intersticial provoca inchaço. A composição exacta desta solução aquosa varia com a causa do edema. Existem três tipos de edema: - Edema Comum: constituído por água e sal. Quase sempre localizado.

9 - Linfedema: Esta tumefacção decorre da perturbação ou obstrução na circulação linfática. Dá-se acumulo de linfa. (exemplo, canais linfáticos obstruídos ou destruídos como na cirurgia de cancro da mama com a remoção de gânglios). - Mixedema: Tem características particulares, é duro e com aspecto de pele opaca. Ocorre nos casos de hipotireoidismo. Além de acumulação de água e sais há também acumular de proteínas especiais produzidas no hipotiroidismo. O edema é a primeira manifestação de quase todas as formas de lesão celular. É uma alteração difícil de ser percebida à microscopia óptica, podendo ser mais aparente macroscopicamente. No entanto, ao ser observado ao microscópio observa-se aumento do tamanho da célula, que geralmente se torna arredondada e com citoplasma pálido. Surgem pequenos vacúolos claros no citoplasma que representam segmentos distendidos do reticulo endoplasmático que se soltaram. Este padrão é algumas vezes chamado de degeneração vacuolar ou alteração hidrópica. O núcleo mantém-se na sua posição normal. Ocorre principalmente nas células tubulares renais e nas células miocárdicas. Macroscopicamente o órgão aumenta de peso e volume, apresentando-se pálido e túrgido. Esteatose Também chamada de degeneração gordurosa, consiste no acumular de lípidos no citoplasma de células parenquimatosas, hepatócitos e fibras do miocárdio. Normalmente os lípidos não são evidenciados histologicamente mas, no caso da esteatose, estes formam vacúolos nas células. Estes vacúolos, pequenos ou grandes de gordura no citoplasma, podem deslocar o núcleo para a periferia da célula. É visto especialmente em células envolvidas e dependentes do metabolismo lipídico. A maioria dos casos dá-se ao nível do fígado por ser um órgão directamente ligado ao metabolismo lipídico, ocorrendo também nas células do miocárdio. A esteatose ocorre por hipoxia, agressão por toxinas ou alterações metabólicas. Macroscopicamente o órgão caracteriza-se por peso e volume aumentados, mole e cor amarelada. As alterações ultra-estruturais da lesão celular reversível incluem: -a) alterações da membrana plasmática, tais como a formação de bolhas, redução e distorção das microvilosidades, aparecimento de figuras de mielina e as ligações intracelulares tornam-se frouxas; b) alterações mitocondriais, incluindo edema, rarefação e o aparecimento de densidades amorfas e ricas em fosfolípidos; c) dilatação do RE com sepração e desagregação dos polissomos d) alterações nucleares com desagregação dos elementos granulares e fibrilares Alterações funcionais: a) Redução da fosforilação oxidativa b) Redução da quantidade de ATP

10 V. LESÕES CELULARES IRREVERSÍVEIS Quando a agressão é muito intensa ou prolonga-se por longos períodos de tempo, a célula não consegue manter a sua homeostasia e ocorre uma lesão irreversível. Assim, existe um limite entre a reversibilidade e a irreversibilidade da lesão, no entanto, não existe um evento bioquímico em que se possa dizer que a célula ultrapassou esse limite, o que se observam são alterações estruturais e funcionais indicativas do dano irreversível. Células que sofreram lesões irreversíveis sofrem uma desorganização estrutural progressiva que culmina na morte celular por necrose ou por apoptose. Estes dois tipos de morte celular diferem quanto à sua morfologia, mecanismos e papéis que desempenham nas doenças, no entanto, apesar de distintas, pode haver alguma sobreposição e mecanismos comuns a essas duas vias. Além disso, alguns tipos de estímulos podem induzir que a apoptose quer a necrose, dependendo da intensidade e duração do estímulo, da rapidez do processo de morte celular e das alterações bioquímicas induzidas na célula danificada. i. NECROSE A necrose é definida como a sequência de alterações morfológicas que se seguem à morte celular, num tecido ou órgão vivo, no entanto, é muitas vezes descrita como o correspondente macroscópico e histológico da morte celular que ocorre devido a uma lesão exógena irreversível. Dois processos essencialmente simultâneos propiciam as alterações típicas de necrose: digestão enzimática das células e desnaturação das proteínas. As enzimas responsáveis pela digestão dos conteúdos celulares originam-se ou nos lisossomas das células mortas, sendo que nestes casos é chamada de autólise, ou dos lisossomas de leucócitos imigrantes, chamada de heterólise. Esta digestão enzimática impossibilita a integridade das membranas, devido às enzimas lisossómicas que entram no citoplasma e

11 digerem os seus componentes celulares, fazendo com que o conteúdo da célula extravase. Esse extravasamento pode causar inflamação aos tecidos adjacentes. Morfologia das células necróticas A aparência morfológica resulta da desnaturação das proteínas intracelulares e da digestão enzimática da célula. Assim, as células necróticas apresentam: Aumento da eosinofilia, que é atribuído à perda da basofilia normal dada pelo RNA no citoplasma, mas também a uma ligação da eosina às proteínas intracitoplasmáticas desnaturadas; Aspeto vítreo e mais homogéneo do que as células normais, devido à perda de grânulos de glicogénio; Depois das enzimas lissossómicas terem digerido os organelos citoplasmáticos, o citoplasma torna-se vacuolizado e apresenta um aspeto corroído; As células mortas podem ser substituídas por grandes massas de fosfolípidos, chamadas figuras de mielina. Esses precipitados de fosfolípidos são fagocitados por outras células ou degradados em ácidos gordos, que ao calcificarem resulta na saponificação. Alterações nucleares Uma das características das lesões celulares irreversíveis, são as alterações típicas do núcleo, que podem ser de três tipos diferentes, todos devido à fragmentação inespecífica do DNA. A alteração mais precocemente observada é um agrupamento reversível de cromatina que forma grandes agregados anexos à membrana nuclear e ao nucléolo. À medida que as alterações degenerativas progridem, a degeneração nuclear pode prosseguir por duas vias: a picnose seguida de cariólise ou, noutros casos, após ocorrer picnose dá-se o processo de cariorréxis. Picnose padrão também presente na morte por apoptose, caracterizado pelo volume reduzido do núcleo e pelo aumento da basofilia. Neste caso, o DNA condensase numa massa basofílica, densa, pequena e enrugada. A picnose ocorre devido à aglutinação progressiva da cromatina, possivelmente como resultado da redução do ph pelo metabolismo anaeróbio terminal.

12 Cariorréxis com a continuação da degeneração, ocorre fragmentação do núcleo picnótico. A cromatina adquire uma distribuição irregular, podendo acumular-se em grânulos na membrana nuclear. Ocorre perda dos limites nucleares. Cariólise o desarranjo completo do material nuclear, realiza-se pela libertação de enzimas hidrolíticas celulares (DNAses de origem lisossómica), levanto à perda dos grupos que se ligam à hematoxilina (a basofilia da cromatina diminui). A cariólise, quando completa, deixa a célula morta como uma massa homogénea, eosinofílica e anucleada, devido à dissolução da cromatina e à perda da coloração do núcleo, o qual desaparece completamente. Alterações citoplasmáticas As modificações citoplasmáticas são secundárias às alterações nucleares, sendo visíveis mais tardiamente. Estas modificações consistem: Descontinuidade evidente nas membranas plasmáticas e nos organelos, havendo perda de definição citoplasmática; Dilatação acentuada de mitocôndrias com o aparecimento de grandes densidades amorfas; Figuras de mielina intracitoplasmáticas; Fragmentos amorfos que se coram facilmente com ósmio ou tetróxido de ósmio; Agregados de material de aparência algodoada, provavelmente representando proteínas desnaturadas. Tipos de necrose A morte das células nem sempre é seguida de dissolução imediata. Vias diferentes pode ser seguidas, dependendo do equilíbrio entre a proteólise progressiva, coagulação de proteínas e calcificação, resultando em diferentes padrões morfológicos de necrose. Embora todos esses padrões signifiquem prévia morte celular, os tipos histológicos por serem tão característicos, podem dar pistas acerca da causa da lesão celular.

13 Necrose por coagulação é o padrão mais comum de necrose e implica perda do núcleo, mas com a preservação do contorno básico da célula, permitindo o reconhecimento dos contornos celulares. Presumivelmente, a lesão ou o aumento subsequente da acidose intracelular desnatura não só as proteínas estruturais, mas também as enzimas, bloqueando a proteólise celular. O processo de necrose por coagulação é característico da morte por isquémia grave e repentina em órgãos como o rim e coração. Exemplo: necrose isquémica no enfarte do miocárdio. Necrose por liquefação resulta da ação de enzimas hidrolíticas e ocorre quando a autólise e a heterólise prevalecem sobre as situações que favorecem a desnaturação das proteínas. Independentemente da patogenia, a liquefação digere completamente as células mortas, levando a um resultado final de uma transformação do tecido numa massa viscosa. Se o processo inicial for uma inflamação aguda, o material geralmente é amarelo e com uma textura cremosa devido à presença de leucócitos mortos, sendo chamado de pus. A necrose por liquefação é característica de infeções bacterianas focais ou, ocasionalmente, fúngicas, pois os microrganismos estimulam a acumulação de células inflamatórias. A morte de células do sistema nervoso central por hipoxia também leva à necrose por liquefação, transformando o tecido cerebral em estruturas quísticas preenchidas com restos de material e líquido, que podem ser reconhecidas como áreas de necroses cerebrais passadas. Necrose caseosa forma distinta de necrose por coagulação que ocorre mais frequentemente em focos de tuberculose. A lesão apresenta-se macroscopicamente como um material mole, friável e branco-acinzentado, com aparência semelhante a um queijo cremoso. Ao exame microscópico, o foco necrótico parece-se com fragmentos granulosos amorfos, aparentemente compostos por células coaguladas fragmentadas e por fragmentos granulares amorfos cercados por um bordo inflamatório distinto, denominado como reação granulomatosa. Ao contrário da necrose por coagulação, a estrutura tecidual está completamente destruída. Necrose gorda não é bem um padrão específico de necrose, mas sim uma área de morte celular no tecido adiposo que ocorre como resultado da libertação de lipases no parênquima do pâncreas e na cavidade peritoneal. Ocorre geralmente em casos de necrose pancreática aguda, onde as enzimas pancreáticas escapam das células acinares e

14 ductos, liquefazendo as membranas e quebrando os ésteres de triglicéridos dos adipócitos. Os ácidos gordos libertados combinam-se com o cálcio e produzem áreas brancas visíveis (saponificação). Histologicamente, a necrose gorda apresenta-se como focos de adipócitos necrosados com contornos sombreados, com depósitos basofílicos de cálcio e cercados por uma reação inflamatória. A necrose gorda também pode ser induzida por traumatismo, em particular no tecido adiposo da mama. Necrose fibrinóide principalmente nas paredes dos vasos sanguíneos, devido a hipertensão ou mecanismos imunológicos. Resulta numa malformação dos vasos com bloqueio da passagem do sangue devido a trombos ou, por outro lado, hemorragia devido a uma rutura das paredes do vaso. Histologicamente apresenta deposição de proteínas plasmáticas nas paredes vasculares, com uma eosinofilia que pode estar associada a inflamação e/ou trombos. Gangrena não é propriamente um padrão diferente de necrose, mas sim o resultado de tecido necrótico extenso associado a uma putrefação causada por microrganismos. O termo gangrena é geralmente usado em relação a um membro com falta de suprimento sanguíneo e que, por esse motivo, desenvolveu uma necrose por coagulação, sendo posteriormente atacada por agentes bacterianos. Desta forma, os tecidos passam por uma morte isquémica das suas células e necrose por coagulação modificada pela ação de bactérias e leucócitos atraídos ao local. Quando há uma infeção bacteriana concomitante, em que as bactérias têm uma ação de liquefação é denominado gangrena húmida, pelo contrário, se predominar o padrão coagulativo, é chamado de gangrenaseca.

15 VI. APOPTOSE A apoptose é a via de morte celular programada pela célula. É uma via altamente regulada, na qual são ativadas enzimas que degradam o DNA nuclear e proteínas citoplasmáticas da célula. Durante este processo a membrana plasmática da célula fica intacta, mas a sua estrutura é alterada de forma a facilitar a fagocitose da célula apoptótica. Deste modo, a célula pode ser eliminada sem haver extravasamento do seu conteúdo, não desencadeando uma resposta inflamatória pelo hospedeiro. Algumas vezes a apoptose coexiste com a apoptose, podendo ter algumas características em comum, no entanto, ao contrario da apoptose, a necrose caracteriza-se pela perda de integridade das membranas, digestão enzimática das células e frequentemente reação do hospedeiro. Causas de Apoptose A apoptose serve para eliminar células indesejáveis, células potencialmente danosas ou que já não sejam úteis. É também um evento patológico quando as células sofrem danos dos quais não conseguem recuperar (sobretudo quando afeta o DNA). Por conseguinte, este mecanismo pode ocorrer em situações fisiológicas e condições patológicas. Em situações fisiológicas permite que se faça um seleção de células desejáveis (ex. durante o desenvolvimento e manutenção de um número estável de diferentes populações celulares nos tecidos), e em condições patológicas é responsável pela perda de células. APOPTOSE em situações fisiológicas Embriogénese Involução dependente de Hormonas Eliminação celular Resposta imunológica Eliminação de linfócitos autoreativos Indução por células T citotóxicas Destruição programada de células, incluindo a implantação, organogénese, involução inerente ao desenvolvimento e metamorfose Colapso endometrial durante menstruação, atresia folicular ovariana na menopausa, regressão da mama lactante (após desmame) e atrofia prostática (após castração) Em células em proliferação, como o epitélio intestinal, para manter o nº constante Morte de células que já cumpriram o seu propósito (ex. neutrófilos, linfócitos), pois não têm sinais para sobreviver (ex. fatores de crescimento) Potencialmente danosos (antes ou depois do seu amadurecimento) Mecanismo de defesa contra vírus e tumores que elimina células infetadas. Responsável também pela rejeição celular dos transplantes. APOPTOSE em condições patológicas Estímulos nocivos Doenças víricas Lesão de DNA (radiação, fármacos citotóxicos anticancerígenas, calor, hipoxia, acumulação de proteínas não dobradas) Nota: se os estímulos forem muito fortes e a lesão não for moderada pode haver necrose Hepatite viral

16 Atrofia de órgãos parenquimatosos Tumores Necrose Após obstrução ductal, como ocorre no pâncreas, parótida e rins Apoptose durante remissão ou em tumores em crescimento Mesmo em situações de morte celular por necrose, a apoptose também pode ocorrer (ex. estímulos nocivos que aumentam permeabilidade mitocondrial) Características Morfológicas (células em apoptose) Encolhimento celular: tamanho diminuído, citoplasma denso, organelos mais agrupados. Condensação da cromatina: aspeto mais característico! Cromatina agrega-se na periferia em massas densas e o núcleo pode romper, formando fragmentos. Formação de bolhas citoplasmáticas e corpos apoptóticos: depois de fragmentadas as bolhas formam corpos apoptóticos ligados à membrana, compostos de organelos com ou sem fragmentos nucleares. Fagocitose das células apoptóticas, geralmente por macrófagos: degradação dos corpos apoptóticos por lisossomas e substituição por células adjacentes. A descrição clássica da apoptose é compatível com situações fisiológicas, no entanto em condições em que a morte celular tem características de necrose e apoptose, a severidade e inespecificidade do estimulo vai determinar a forma como a morte se expressa. Se predominarem as características necróticas ocorre lesão incial da membrana plasmática e edema celular em vez de redução do tamanho da célula e manutenção da integridade da membrana plasmática. Histologicamente (corantes: hematoxilina e eosina) a apoptose envolve células isoladas ou pequenos aglomerados de células. A célula apoptótica tem o aspeto de uma massa arredondada/ovalada com citoplasma muito eosinofílico e densos fragmentos de cromatina nuclear. Esta via inicia-se antes de se tonar visível em secções histológicas, uma vez que a formação dos corpos apoptóticos ocorre rapidamente. Ao contrário da necrose, não estimula a inflamação, tornando a sua deteção histológica mais difícil. Características Bioquímicas (algumas comuns à necrose, outras específicas) Degradação de Proteínas: hidrólise de proteínas envolvendo a ativação de caspases (família de cisteíno-proteases que clivam muitas proteínas celulares vitais, com as lamininas, destruindo a estrutura nuclear e o citoesqueleto; ativam DNases, que degradam DNA nuclear). Alterações que são as bases de mudanças estruturais no núcleo e citoplasma das células apoptóticas. Decomposição do DNA: Em grandes pedaços de 50 a 300 quilobases. Provoca clivagem internucleossomal do DNA em oligonucleossomos, por endonucleases dependentes de Ca2+ e Mg2+. Reconhecimento Fagocitário: Células apoptóticas expressam fosfatidilserina na membrana plasmática (o que permite a sua identificação, pois permitem a ligação a corantes especiais, Anexina V). Em alguns tipos de apoptose, as células também expressam trombospondina à superfície, o que permite a opsonização por proteínas secretadas pelas células fagocitárias (ex.

17 macrófagos) para posterior fagocitose, sem ocorrer libertação de componentes celulares desencadeadores de inflamação, não afetando o tecido circundante. Mecanismos da Apoptose A apoptose é induzida por uma cascata de eventos moleculares, com várias formas de iniciação, que culmina na ativação de caspases. O mecanismo apoptótico é importante porque é determinante em várias doenças, como as degenerativas e o cancro. 1. Fase de ativação: caspases cataliticamente ativas (Caspase-8 e Caspase-9) Via Extrínseca (Iniciada por receptores) Via Intrínseca/ mitocondrial Ativação de Caspases Descrevemos duas vias distintas, mas podem sobrepor-se. Via Extrínseca 1. Ativação de receptores de morte celular em várias células (têm um domínio de morte essencial para transferir o sinal apoptótico. São exemplos o TNFR1 e Fas (CD95)) (falta imagem da via com o mecanismo ativado por Fas) Resumo: quando se liga o ligando ao receptor Fas, provoca a união de 3 ou 4 moléculas de Fas que formam o local de ligação para uma proteína adaptadora, que também tem um domínio de morte, FADD. A FADD vai ligar-se a uma forma inativa da caspase 8 (pró-caspase 8 e nos humanos pró-caspase 10). Há uma ativação autocatalítica e a ter caspases ativas. A enzima então desencadeia uma cascata de ativação de caspases, clivando e ativando outras pré-caspases, que se tornam efetoras e medeiam a apoptose. Esta via de apoptose pode ser inibida pela proteína FLIP (produzida por alguns vírus e células que a usam para proteger células normais e infetadas da apoptose mediada por Fas), que liga à pró-caspase-8, mas não a consegue clivar e ativar. Via Intrínseca Resulta do aumento da permeabilidade mitocondrial e da libertação de moléculas pró-apoptóticas no citoplasma. Fatores de crescimento e outros sinais de sobrevivência estimulam a produção de proteínas antiapoptóticas da família Bcl-2 (reguladoras da apoptose, Bcl-2 e Bcl-x), que estão nas membranas mitocondriais e citoplasma. Células sem sinais de sobrevivência/ expostas a stress Perda de Bcl-2 e/ou Bcl-x da membrana mitocondrial Inicio da cascata das caspases Substituição Permeabilidade por da proteínas membrana próapoptóticas e várias (Bak, proteínas Bax, Bim) que aumenta ativam a cascata de caspases extravasam (ex. citocromo c, AIF (fator de indução da apoptose))

18 (falta imagem da via com o mecanismo) A via intrínseca tem como objetivo o equilíbrio entre as moléculas pró-apoptóticas e protetoras que regulam a permeabilidade mitocondrial e a libertação de indutores de morte celular que normalmente estão na mitocôndria. A ativação das caspases pode ser independente e anterior à ação mitocondrial, no entanto esse mecanismo não está bem definido 2.Fase efetora: enzimas atuam provocando morte celular; Fase final, mediada por uma cascata proteolítica. As caspases efetoras (Caspase- 3, Caspase-6 e outras) clivam proteínas do citoesqueleto e da matriz nuclear rompendo levando à destruição do núcleo. No núcleo os alvos da ativação das caspases incluem as proteínas envolvidas na transcrição, replicação e reparação de DNA. 3.Remoção de células mortas A fagocitose das células que entram em apoptose evita que ocorra necrose secundária e que haja libertação de componentes celulares que podem causar inflamação. Exemplos de Apoptose Sinais que induzem apoptose: ausência de fatores de crescimento ou hormonas, ação especifica dos receptores de morte e determinados agentes nocivos. Apoptose após privação de fatores de crescimento Por exemplo linfócitos que não são estimulados por antigénios e citocinas e neurónios privados de fator de crescimento morrem por apoptose. Apoptose desencadeada pela via intrínseca e atribuída a um excesso de proteínas próapoptóticas em relação às antiapoptóticas. Apoptose mediada por dano no DNA Exposição de células a radiação ou agentes quimioterapêuticos (stress genotóxico), envolve o gene supressor de tumo p53. Este gene acumula-se quando o DNA é danificado e interrompe o ciclo celular. Se o processo de reparo do DNA falhar, o p53 induz apoptose. Quando este gene está ausente (alguns tipos de cancro) ou sofre mutação não é capaz de induzir apoptose e favorece a sobrevivência da célula. Apoptose induzida pela família de receptores do fator de necrose tumoral Apoptose mediada pelo linfócito T citotóxico

19 VII. ADAPTAÇÕES CELULARES DE CRESCIMENTO E DIFERENCIAÇÃO Como já foi referido anteriormente, as células têm a necessidade de se adaptar constantemente, mesmo em condições normais, às mudanças no seu meio ambiente. A reação da célula depende principalmente de dois factores, sendo estes o estímulo e a célula em questão. Estímulo: duração, natureza e intensidade (1 estímulo forte e rápido tende a necrosar o tecido enquanto 1 estímulo fraco e longo possibilita a adaptação celular); Célula: tipo, estado e adaptibilidade (ex: neurónios toleram 3-5 minutos em hipóxia e o músculo cardíaco entre 30 minutos a 2 horas, enquanto os histócitos e os nefrócitos toleram 3-5 horas e os músculos esqueléticos, pele, fibroblastos, entre outros, toleram várias horas). As adaptações são alterações reversíveis em número, tamanho, fenótipo, atividade metabólica ou das funções celulares, em resposta às alterações no seu ambiente. Deste modo, podemos considerar dois tipos de adaptação, nomeadamente a adaptação fisiológica e patológica. As adaptações fisiológicas representam em geral respostas celulares aos estímulos anormais pelas hormonas ou substâncias químicas endógenas (ex.: aumento do útero durante a gravidez) e as adaptações patológicas, por sua vez, são respostas ao stress que permitem às células modular a sua estrutura, função e meio ambiente, tendo assim a possibilidade de escapar à lesão. Assim, a adaptação celular é o estado que se situa intermediariamente entre a célula normal, não estimulada, e a célula lesada, agredida. Há vários tipos de adaptações celulares. Alguns envolvem aumento ou diminuição da regulação de receptores celulares específicos envolvidos no metabolismo de certos componentes - por exemplo, na regulação dos receptores da superfície celular envolvidos na captação e degradação das lipoproteínas de baixa densidade (LDL).

20 Outros estão associados com a indução de novas proteínas nas células. Tais proteínas podem proteger as células contra certas formas de agressão ou podem tornar as células mais aderentes a outras células (como, por exemplo, na indução de moléculas aderentes às células endoteliais durante a inflamação). Outras adaptações consistem numa mudança, pelas células, na produção de uma família de proteínas por outra família ou na superprodução acentuada de uma determinada proteína. Nesta secção, consideraremos as alterações adaptativas do crescimento e diferenciação celulares que são particularmente importantes nos distúrbios patológicos. Aqui incluem-se a atrofia (diminuição do tamanho celular), hipertrofia (aumento do tamanho celular), hiperplasia (aumento do numero de células), metaplasia (alteração do tipo celular) e displasia. Alguns dos acúmulos intracelulares discutidos anteriormente, como a metamorfose gorda podem ser considerados como formas de adaptação celular. Hipertrofia A hipertrofia refere-se a um aumento no tamanho das células devido à síntese de componentes estruturais, resultando assim num aumento do tamanho do órgão. Assim, o órgão hipertrofiado não tem nenhuma célula nova, apenas células maiores. Como mencionado anteriormente, as células capazes de se dividirem podem responder ao stress, sofrendo tanto hiperplasia como hipertrofia, enquanto as células que não se dividem (fibras do miocárdio) sofrem hipertrofia. A hipertrofia pode ser fisiológica, no caso da prolactina e estrogénio que causam hipertrofia dos seios durante a amamentação, ou ainda no caso dos músculos hiperdesenvolvidos dos fisiculturistas. Pode também ser patológica, sendo causada por estímulos hormonais específicos. Os genes que são estimulados durante a hipertrofia são os factores de crescimento (TGF-β, IGF-1, factor de crescimento dos fibroblastos) e agentes vasoactivos (agonistas alfa-adrenérgicos, ensotelina-1 e angiotensina II).

21 A hipertrofia cardíaca é geralmente uma sobrecarga hemodinâmica crónica causada pela hipertensão arterial ou válvulas defeituosas. Está associada a uma reindução da expressão do gene ANF (hormona peptidica que causa a secreção de sal pelos rins, diminui o volume sanguíneo e reduz, consequentemente, a carga hemodinâmica). Os factores de crescimento e os agentes vaso-activos produzidos pelas células cardíacas não-musculares, estimulam a expressão de vários genes, o que leva à hipertrofia dos miócitos. É atingido o limite da hipertrofia cardíaca quando o aumento da massa muscular não é capaz de compensar o aumento da carga a que o coração se encontra submetido, havendo assim uma insuficiência cardíaca. Durante a insuficiência cardíaca, ocorrem varias alterações degenerativas nas fibras do miocárdio, como a lise e a perda de elementos contrácteis miofibrilares. O miocárdio pode ser lesado de modo reversível, se o stress for leve ou se a oclusão arterial foi incompleta ou suficientemente breve, ou de modo irreversível (enfarte) após oclusão completa e prolongada. A hipertrofia e a hiperplasia podem ocorrer juntas, resultando num órgão aumentado (hipertrófico). Podemos salientar, durante a gravidez, o aumento fisiológico maciço do útero que ocorre como consequência da hipertrofia e hiperplasia do músculo liso estimulado pelo estrogénio. Hiperplasia A hiperplasia refere-se a um aumento do número de células de um órgão ou tecido (consequente aumento de volume). Geralmente é causada pela produção local de factores de crescimento, aumento dos receptores de factores de crescimento nas células envolvidas ou a activação de determinadas vias de sinalização intracelular. Todas essas alterações levam à produção de factores de transcrição que activam muitos genes celulares, incluindo os genes que codificam os factores de crescimento, receptores para os factores de crescimento e reguladores do ciclo celular, resultando na proliferação celular.

22 Apesar da hiperplasia e da hipertrofia serem dois processos distintos (só se distinguem histologicamente pois clinicamente são iguais), frequentemente ocorrem juntos, tal como já foi referido anteriormente, e podem ser desencadeados pelos mesmos estímulos externos. O crescimento do útero, por exemplo, induzido por hormonas, envolve tanto o aumento do número de células musculares lisas e de células epiteliais quanto o aumento de volume dessas células. A hiperplasia ocorre se a população celular for capaz de sintetizar DNA permitindo, assim, que ocorra a mitose; por outro lado, a hipertrofia envolve o aumento do volume celular sem que ocorra divisão celular. Pode ser fisiológica ou patológica 1) Fisiológica: é a hiperplasia mediada por níveis hormonais. Ex: Mama e útero na gravidez e na puberdade e aumento do endométrio após a menstruação. A hiperplasia fisiológica pode ser dividida em: Hiperplasia Hormonal a qual aumenta a capacidade funcional de um tecido quando é necessário (proliferação do epitélio glandular da mama feminina na puberdade e durante a gravidez). Hiperplasia Compensatória na qual ocorre aumento da massa tecidual após um dano ou ressecção parcial (a ilustração clássica da hiperplasia compensatória vem do mito de Prometeu, que mostra que os gregos antigos reconheciam a capacidade do fígado se regenerar). 2) Hiperplasia Patológica: pode ser devido a estimulação hormonal excessiva sobre células alvo (por hormonas) ou a factores de crescimento sobre células alvo (por factores de crescimento). A hiperplasia endometrial é um exemplo de hiperplasia hormonal anormal. Após um ciclo menstrual normal há um aumento acentuado da proliferação que é estimulada pelas hormonas da hipófise e pelo estrogénio dos ovários. Essa actividade é interrompida pelos níveis crescentes de progesterona mas em alguns casos o equilíbrio entre o estrogénio e a progesterona está alterado, o que leva a aumentos absolutos ou

23 relativos na quantidade de estrogénio, com o consequente desenvolvimento de hiperplasia das glândulas endometriais. A hiperplasia prostática beningna é também outro exemplo comum de hiperplasia patológica induzida por hormonas (androgénios). Apesar de estas formas de hiperplasia serem anormais, o processo permanece sobcontrolo, pois esta regride se o estímulo hormonal for eliminado. A hiperplasia é também uma resposta importante das células do tecido conjuntivo na cicatrização de feridas, nas quais os fibroblastos e os vasos sanguíneos que proliferam auxiliam o reparo, onde os factores de crescimento são produzidos pelos leucócitos; A estimulação pelos factores de crescimento está envolvida também na hiperplasia associadas a certas infecções virais (ex.: Papilomavírus causam verrugas cutâneas e lesões mucosas compostas de massas de epitélio hiperplásico). Apesar de ser normalmente um processo que está sob-controlo, algumas hiperplasias patológicas são consideradas pré neoplásicas. A hiperplasia patológica é um solo fértil no qual a proliferação cancerosa pode surgir mais tarde. Mecanismos A Hiperplasia é causada pela produção local de fatores de crescimento, aumento dos receptores dos fatores de crescimento nas células envolvidas ou na ativação de determinadas vias de sinalização intracelular. Todas essas alterações levam à produção de fatores de transcrição que ativam muitos genes celulares, incluindo os genes que codificam os fatores de crescimento, receptores para os fatores de crescimento e reguladores do ciclo celular, resultando na proliferação celular. Na hiperplasia hormonal, os próprias hormonas podem atuar como fatores de crescimento e desencadear a transcrição de vários genes celulares. A fonte dos fatores de crescimento na hiperplasia compensatória e os estímulos para a sua produção não estão bem definidos. O aumento no volume do tecidual celular após alguns tipos de perda celular

24 ocorre tanto através da proliferação das células remanescentes como também pelo desenvolvimento de novas células a partir de células-troncos. Metaplasia É uma alteração reversível na qual um tipo de célula adulta (epitelial ou mesenquimal) é substituído por outro tipo de célula adulta. Nesse tipo de adaptação celular, as células sensíveis a um determinado stress são substituídas por outros tipos celulares mais capazes de suportar o ambiente hostil. Resulta da reprogramação de stem cells, e não de uma alteração do fenótipo de uma célula diferenciada. A persistência do estímulo que levou à metaplasia pode induzir a transformação maligna do epitélio metaplásico. Embora a metaplasia leve ao surgimento de um epitélio mais apto ao ambiente hostil geralmente isto dá-se à custa de perdas. No caso do trato respiratório, o epitélio substituto (metaplásico) é desprovido da capacidade de secreção de muco e da ação ciliar. Portanto, a metaplasia representa geralmente uma mudança indesejada. Além disso, o mesmo estímulo, hostil, que gerou a metaplasia, se persistir, pode induzir a transformação neoplásica. Dessa forma, temos o carcinoma de células escamosas no trato respiratório e o adenocarcinoma no esófago de Barrett. Esófago de Barrett é uma mudança anormal nas células do esófago inferior, que acredita-se que seja causada pelo dano da exposição crónica ao ácido estomacal. A metaplasia também ocorre em células do tecido conjuntivo com a formação de cartilagem, tecido adiposo ou osso (tecidos mesenquimais) em tecidos que originalmente não possuem esses elementos A tabela seguinte lista alguns tecidos comummente susceptíveis à metaplasia e os estímulos que podem causar a mudança:

25 Tecido Normal Metaplasia Estímulo Vias aéreas Epitélio colunar Epitélio escamoso Tabagismo Bexiga urinária Epitélio de transição Epitélio escamoso Litíase urinária Esófago Epitélio escamoso Epitélio colunar Refluxo gastro esofágico Atrofia A atrofia é a diminuição do tamanho da célula mediante perda de substância celular. Representa uma forma de resposta adaptativa e pode culminar em morte celular. A atrofia pode ser fisiológica ou patológica. A Fisiológica é comum durante as fases iniciais do desenvolvimento e outro exemplo é a diminuição do tamanho do útero após o parto. Por outro lado, a atrofia patológica depende da causa e pode ser localizada ou generalizada. As causas da atrofia incluem a diminuição da carga de trabalho (ex.: imobilização de um membro para permitir o reparo de uma fractura atrofia por desuso), a perda da inervação, a diminuição do suprimento sanguíneo (aterosclerose cerebral), a nutrição inadequada, a perda da estimulação endócrina, o envelhecimento (atrofia senil) e a pressão exercida sobre um tecido. Em muitas situações, a atrofia é acompanhada também do aumento da autofagia (processo no qual a célula privada de nutrientes digere os seus próprios componentes no intuito de encontrar nutrição e sobreviver). As células atróficas podem vir a morrer sendo substituídas por tecido conjuntivo e tecido adiposo. É um termo controverso na patologia e em geral é utilizado de maneira imprecisa. Estritamente falando, displasia significa desenvolvimento perturbado; todavia, em uso comum, o termo é aplicado para células epiteliais ou mesenquimatosas, principalmente para as primeiras, que sofreram proliferação e alterações citológicas atípicas envolvendo tamanho, forma e organização celulares. Não se trata de um processo adaptativo, mas é

26 considerado aqui porque está intimamente relacionado com a hiperplasia (algumas vezes é chamado de hiperplasia atípica ). Por vezes, as alterações displásicas são encontradas adjacentes a focos de transformação cancerosa ou a displasia epitelial que quase invariavelmente precede no tempo o aparecimento de cancro. Ainda assim, a partir de muitos estudos clínicos sabese que a displasia não progride necessariamente para neoplasia. As alterações podem ser reversíveis e, com a remoção das causas putativas incitantes, o epitélio pode retornar ao normal. Podem classificar-se em displasia ligeira, moderada ou grave, consoante a tendência a transformar-se numa neoplasia maligna. É percursora da neoplasia.