ACÚMULO DE RADICAIS LIVRES DERIVADOS DO OXIGÊNIO - ERO (ESTRESSE OXIDATIVO)

A lesão celular induzida por radicais livres, sobretudo, as espécies reativas de oxigênio, é uma importante mecanismo de dano celular em diversas condições patológicas. Esses compostos são assim reconhecidos por possuirem um único elétron na sua camada de valência o que os torna extremamente instáveis permitindo reagir com moléculas adjacentes, como substâncias orgânicas que possuem papel fundamental na função celular - proteínas, lipídios, carboidratos, ácidos nucleicos - tornado estas também instáveis, desencadeando uma reação autocatalítica (figura 1), através da qual moléculas que reagem com eles são convertidas em radicais livres, propagando a cadeia de danos.

Figura 1 - reação autocatalítica desencadeada pelos radicais livres

As espécies reativas de oxigênio (figura 2) são formados fisiológicamente como produto da respiração celular incompleta (fosforilação oxidativa), mas também são gerados apartir da absorção de energia radiante (radiação ionizante), são produzidos por leucócitos dutante processos de inflamação, são também originados por metais de transição em reações intracelulares. Após a sua produção os radicais livres são rapidamente degradados e removidos graças aos sistemas celulares protetores (figura 3).

Figura 2 - Espécies reativas de oxigênio - radicais livres

O mecanismo pelo qual as células removem os radicais livres são conhecidos como antioxidantes, formados por múltiplos mecanismos enzimáticos que atuam de varias formas para eliminar os esses radicais e assim mimetizar a lesão. Atuam nesse complexo 3 enzimas principais, a SOD superóxido desmutase (enzima presente na mitocoôndria e no citosol) que usa o Manganês, Cobre e Zinco como co-fatores, Catalase presente nos peroxissomos e a glutationa peroxidase e resutase que usa o selênio como co-fator enzimático e, dependem da vitamina B2 e da cisteína para o seu bom funcionamento. Também estão incluidas no mecanismo antioxidante outras substâncias como vitaminas lipossolúveis A e E, bem como o ácido ascórbico.

Figura 3 - Enzimas envolvidas na remoção de ERO

Quando a produção de ERO aumenta ou os sistemas de remoção são ineficientes o resultado é o acúmulo destes radicais que resultam em estresse oxidativo, uma condição que desencadeia amplos efeitos nocivos às células e sempre está acompanhada de reação inflamatória. Os efeitos patológicos incluem.

• PEROXIDAÇÃO LIPÍDICA DAS MEMBRANA. Os radicais livres causam peroxidação dos lipídios na presença de oxigênio, atuam atacando as ligações duplas dos ácidos graxos dos lipídios de membrana gerando peróxidos instáveis que desencadeiam uma reação em cadeia propagando o dano.
• MODIFICAÇÃO OXIDATIVA DE PROTEÍNAS. Promovem oxidação das cadeias laterais dos aminoácios, formação de ligações cruzadas entre proteínas e oxidação do esqueleto da proteínas. A modificação pode inativar enzimas importantes, romper a conformação de proteínas estruturais estimulando ou intensificando a destruição celular.
• FRAGMENTAÇÃO DO DNA. Radicais livres provocam destruição dos filamentos únicos e duplos do DNA e a formação de complexos de adição que estão associados ao envelhecimento celular e a tranformação maligna da célula.

BIBLIOGRAFIA CONSULTADA

ROBBINS, S. L.; KUMAR, V. (ed.); ABBAS, A.K. (ed.); FAUSTO, N. (ed.) Patologia: Bases Patológicas das Doenças. 8ª ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2010.

Mecanismos da Lesão celular

Todos os estresses e influências nocivas induzem alterações moleculares e bioquímicas nas células que resultam em lesão. A resposta celular ao estímulo nocivo depende de fatores como, o tipo de lesão, sua duração e sua gravidade, enquanto que as consequências dependem substancialmente do tipo, estado e adaptabilidade da célula lesada. A lesão é resultante de diferentes mecanismos bioquímicos (FIGURA 1) que agem em vários componentes essenciais das células e, qualquer estímulo nocivo pode, simultaneamente, desencadear múltiplos mecanismos interconectados que lesam as células. As mitocôndrias, membranas celulares, a maquinaria de síntese e empacotamento de proteínas e o DNA do núcleo são os principais componentes afetados pelos estímulos nocivos. Até certo ponto todas as alterações que acontecem às células podem ser reversíveis, mas ultrapassada a capacidade de adaptabilidade é chegado o ponto de irreverssibilidade e a célula lesada não consegue se recuperar e morre. Quando o dano às membranas é acentuado, as enzimas lisossômias escapam para o citoplasma e digerem a célula que perde seu conteúdo resultando em necrose. Em situações em o DNA ou proteínas célulares importantes são lesadas de modo irreparável a célula dispara mecanismos que resultam em apoptose. A apoptose e a necrose são observadas em resposta às mesmas condições.

Figura 1 - Mecanismos bioquímicos da lesão celular

DEPLEÇÃO DE ATP - A ATP é produzida nas células de duas formas, pela fosforilação oxidativa do ADP com redução do oxigênio pelo sistema de tranferência de elétrons nas mitocôndrias e pela via glicolítica na ausência de oxigênio, usando a glicose dos líquidos corporais ou pela hidrólise do glicogênio. As principais causas de depleção de ATP são a redução do suprimento de oxigênio e nutrientes, danos mitocondriais e intoxicação (ex. cianeto). A depleção de ATP e a redução da sua síntese estão geralmente associadas a lesão isquêmica e química. Todos os processos celulares são dependentes de ATP sejam eles sintéticos ou degradativos, assim, os transportes de membrana, sintese de proteínas e lipídios e manutenção da integridade da membrana plasmática são afetados pela sua redução.

• Com a depleção de ATP as bombas de próntos (Na+/K+ ATPase) na membrana plasmática tem a sua atividade prejudicada ocasionando acúmulo de sódio no interior da célula e difusão do potássio para fora, a falha na manutenção do equilíbrio iônico é acompanhado do influxo de cálcio, com efeitos danosos a varios componentes celulares, e água, resultando na tumefação celular, dilatação do reticulo endoplasmático e perca das microvilosidades e formação de bolhas na membrana.
• Com a redução do suprimento de oxigênio a fosforilação oxidativa não acontece e a célula na tentativa de produzir ATP para a manutenção das fontes de energia aumenta a taxa de glicólise anaeróbica, através da glicose proveniente da hidrólise do glicogênio. A glicólise anaeróbica resulta em acúmulo de ácido láctico e fosfatos inorgânicos o que diminui o pH intracelular, o que reduz a atividade de muitas enzimas celulares além de agregação da cromatina na tentativa de manutenção da integridade do material genético.
• A depleção prolongada de ATP causa destruição no aparelho de síntese proteica manifestada pelo desprendimento dos ribossomos do retículo endoplasmático granular (REG) e dissociação do polissomos, com consequente, redução da síntese proteica. Nesta condição também pode ocorrer a produção de proteínas anormalmente dobradas que iniciam uma reação que pode resultar em lesão e morte celular.

DANOS MITOCONDRIAIS - As mitocôndrias são organelas elulares responsáveis pela produção da energia de sustentação da vida na forma de ATP, por essa razão são componentes críticos da lesão e morte celulares. As mitocôndrias são sensíveis a aumento ca concentração de Ca²+ citoplasmatico, espécies reativas de oxigênio (ERO) e privação de oxigênio decorrente de isquemia e ação de toxinas. Além disso, tembém são afetadas por mutações em genes que reaultam em doenças herdadas. Duas são as consequencias principais dos danos mitocondriais.

• A lesão mitocondrial induz a formação de um canal de condutância na membrana mitrocondrial, poro de permeabilidade mitocrondrial, a abertura deste canal leva a perda do potencial de membrana que provoca falha na fosforilação oxidativa, e depleção progressiva de ATP resultando em necrose celular.
• As mitocôndrias possuem proteínas entre as suas membranas internas e externas que ativam vias apoptóticas, incluindo o citocromo c e proteínas que induzem indiretamente aopoptose, caspazes. O aumento da permeabilidade permite o extravasamento destas proteínas para o citosol o que pode resultar em morte por apoptose.

INFLUXO DE CÁLCIO - A concentração de cálcio (Ca²+) livre no meio intracelular é regulada em uma faixa extremamente baixa comparada com o meio extracelular e a sua maior parte encontra-se seuestrada nas mitocôndrias e no retículo endoplasmático. Condições como isquemia e algumas toxinas causam elevação do cálcio citosólico, inicialmente pela liberação do cálcio armazenado no meio intracelular e posteriormente pelo influxo deste através da membrana plasmática.

• O aumento do cálcio no meio intracelular leva a abertura do poro de permeabilidade mitocondrial e com isso a depleção de ATP;
• A elevação do cálcio no meio intracelular leva a ativação de muitas enzimas com efeitos celulares potencialmente lesivos. Entre essas estão fosolipases (danos as membranas) proteases (atuam em proteínas de membrana e citoesqueleto) endonucleases (fragmentação da cromatina com dano ao DNA) e ATPase (intensificando a depleção de ATP).
• Os níveis aumentados do cálcio também induzem apoptose por ativação direta das caspases bem como pelo aumento dapermeabilidade mitocondrial que leva ao extravasamento de proteínas pró-apoptóticas (citocromo c).

Mecanismos interconectados da lesão celular

Embora esses três mecanismos tenham sido descritos separadamente eles ocorrem de modo simultâneo e, interconectados no ambiente celular, participando da cadeia de eventos que pode resultar em necrose e apoptose.