Sangue – Prof. Raquel Seiça
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Fundamentos Fisiológicos da Engenharia Biomédica I Sangue e Imunidade Sangue – Prof. Raquel Seiça Sangue: características, funções e composição Sangue: - é um tecido composto por um conjunto de diferentes células suspensas num meio líquido, o plasma - é um veículo vital de comunicação entre tecidos - permite o transporte de nutrientes do intestino para os tecidos, de O2 e CO2, de produtos resultantes do metabolismo celular e de hormonas; confere protecção contra organismos invasores Composição do sangue - o sangue é composto pelo plasma e por elementos celulares Plasma: é constituído por água e substâncias dissolvidas, cuja função é o transporte de substâncias com concentrações variáveis Plasma (± 55%) constituído por: água aminoácidos iões (Na+) moléculas orgânicas vitaminas gases glucose proteínas lípidos nitrogénio albumina globulina - 97 - fibrinogénio Fundamentos Fisiológicos da Engenharia Biomédica I Sangue e Imunidade Elementos celulares: • Glóbulos Vermelhos (hemácias): efectuam o transporte de gases (CO2 e O2) • Plaquetas: são responsáveis pela coagulação do sangue (hemóstase primária, hemóstase secundária e integridade do endotélio) • Glóbulos Brancos (leucócitos): têm função de defesa do organismo; existem vários tipos de leucócitos de acordo com a sua função Elementos celulares (± 45%) glóbulos vermelhos (GV) linfócitos glóbulos brancos (GB) monócitos neutrófilos plaquetas eosinófilos basófilos Contagem dos elementos celulares - a classificação e contagem dos elementos do sangue e respectivas percentagens denominam-se hemograma - de acordo com o que se pretende determinar à que considerar diversos tipos de análise: • glóbulos brancos: contagem diferencial de glóbulos brancos ou fórmula leucocitária (%) • hematócrito (Ht): exprime a relação entre o volume dos GV do sangue e o volume total deste • hemoglobina (Hb): determinação da quantidade de hemoglobina • volume globular médio (VGM): determinação do tamanho dos GV (Ht/ nº GV) • concentração da hemoglobina corpuscular quantidade de hemoglobina por GV (Hb/Ht) • morfologia dos GV - 98 - média (CHCM): Fundamentos Fisiológicos da Engenharia Biomédica I Sangue e Imunidade Origem das Células Sanguíneas Onde são produzidas as células sanguíneas? - o processo de produção das células sanguíneas pela maturação de células percursoras, denomina-se por hematopoiese - durante a vida intra-uterina a hematopoiese ocorre no fígado do feto (cessa após nascimento), sendo as células levadas até à medula óssea - até aos cinco anos de idade as células sanguíneas são produzidas na medula (tecido de funções hematopoiéticas, que preenche o canal medular dos ossos e as lacunas dos ossos esponjosos) de todos os ossos, a partir dos cinco anos são produzidas na medula de alguns ossos (crânio, vértebras, etc.) - a produção destas células (eritropoiese – produção de glóbulos vermelhos; leucopoiese – produção de glóbulos brancos) ocorre em dois tipos de tecidos após o nascimento, tecido mielóide e tecido linfóide. - o tecido mieloide é a medula óssea vermelha dos ossos longos, esterno, pélvis, etc.; o tecido linfóide inclui os nodos linfáticos, as amígdalas, o baço e o timo, o qual produz linfócitos provenientes de células originadas na medula óssea. - o processo da hematopoiese ocorre no tecido mieloide em simultâneo com o tecido linfóide. A população de células indiferenciadas, vão gradualmente diferenciando-se, até passarem a ser consideradas células estaminais, as quais darão origem às diferentes células sanguíneas - só no sangue é que ocorre o amadurecimento das células progenitoras dando origem às diferentes células sanguíneas - há uma regeneração constante de células sanguíneas, adaptada às necessidades do organismo Factores de crescimento hematopoiéticos/citoquinas - a regulação da hematopoiese é efectuada pelas citoquinas, as quais estimulam a diferenciação e proliferação das células progenitoras - existe diferentes tipos de citoquinas: • colony-stimulating factors (CSFs): são produzidos pelas células endoteliais, glóbulos brancos e medula óssea e estimulam a produção e crescimento das linhas celulares; destacam-se os: GM-CSF (acção nos - 99 - Fundamentos Fisiológicos da Engenharia Biomédica I Sangue e Imunidade glóbulos brancos, glóbulos vermelhos e nos megacariócitos), G-CSF (acção nos neutrófilos) e M-CSF (acção nos monócitos) • interleucinas/IL (+IL3): são produzidas pelas células endoteliais e glóbulos brancos e estimulam a produção e crescimento de linhas celulares maioritariamente a dos glóbulos brancos • trombopoietina (TPO): são produzidas no fígado e no rim e estimulam a produção e crescimento das plaquetas e dos megacariócitos • eritropoietina (EPO): são produzidas no rim e estimulam a produção e crescimento dos glóbulos vermelhos; a produção da EPO é estimulada pela funcionalidade dos glóbulos vermelhos: baixa quantidade de O2 nos tecidos (hipóxia) aumento de EPO aumento da síntese de GV aumento de hemoglobina aumento do transporte de O2 para os tecidos Glóbulos Vermelhos/ Hemácias Diferenciação Celular - a síntese de glóbulos vermelhos a partir de células estaminais, implica um conjunto de modificações progressivas: - as células tornam-se progressivamente mais pequenas - possuem menos organelos - mais hemoglobina - adquirem receptores para o complexo ferrotransferrina - a perda do núcleo dá origem ao reticulócito, o qual mantém-se na medula óssea; quando é libertado para a corrente sanguínea dá-se a sua maturação Ö glóbulo vermelho - 100 - Fundamentos Fisiológicos da Engenharia Biomédica I Sangue e Imunidade Características dos Glóbulos vermelhos - os glóbulos vermelhos, cuja função é o transporte de O2 e CO2, têm características especificas: - disco bicôncavo - dimensão e forma similar entre si - grande relação superfície/volume (área de difusão maior) - são flexíveis (adaptam-se e passam nos capilares sem serem destruídos) - não possuem núcleo e organelos (não possuem mitocôndrias daí obterem energia através da respiração anaeróbia) - membrana plasmática com proteínas (polissacarídeos diferentes, o que confere grupos sanguíneos diferentes) - têm um tempo de vida cerca de 120 dias - possuem hemoglobina Molécula de Hemoglobina - a hemoglobina é a principal proteína dos glóbulos vermelhos - cada molécula de hemoglobina é constituída por 4 cadeias proteicas e 4 grupos heme com ferro (excepto a HbA1c-glicosilada que não possui ferro) - de acordo com as diferentes cadeias proteicas que constituem a hemoglobina distinguem-se vários tipos de hemoglobina: • HbA: 2 cadeias α e 2 cadeias β • HbA2-2,5%: 2 cadeias α e 2 cadeias δ • HbF-fetal (vida intra-uterina; transporta mais O2 do que a HbA): 2 cadeias α e 2 cadeias γ • HbA1c-glicosilada (importante nos diabéticos): glicose ligada à valina da cadeia β - cada grupo heme é constituído por um átomo de ferro, o qual fixa uma molécula de O2, deste modo cada hemoglobina fixa quatro moléculas de O2 (oxihemoglobina), já que possui quatro grupos heme - 101 - Fundamentos Fisiológicos da Engenharia Biomédica I Sangue e Imunidade Metabolismo do ferro e vida dos Glóbulos vermelhos (acetato 12) - as ligações entre o ferro e o O2 são débeis e reversíveis o que permite que ocorrem trocas gasosas - ao nível dos tecidos o O2 é libertado dos glóbulos vermelhos para as células, retirando destas o CO2 proveniente do seu metabolismo (5) - ao nível dos pulmões os glóbulos vermelhos recebem O2 e libertam o CO2 que transportam (5) - o ferro pode ser proveniente da dieta (1), sendo absorvido a nível do intestino delgado (2), provir de glóbulos vermelhos velhos que foram destruídos no baço (6) (os aminoácidos das globinas também podem ser reciclados), ou provir da reserva de ferro do fígado (ligado à ferritina), passando posteriormente para a corrente sanguínea (3 e 6) - este ferro liga-se à transferrina (molécula de transporte), sendo levado até à medula óssea para incorporar novos glóbulos vermelhos (4) - a bilirrubina e outros metabolitos (7) resultantes da destruição dos glóbulos vermelhos, incorporam a corrente sanguínea e são transportados até ao fígado (sujeitos a reacções, produzindo a bílis e sendo excretados pelas fezes – 8) e/ou até aos rins (excretados pela urina – 9) Plaquetas/Trombócitos e Hemóstase Características das Plaquetas - as plaquetas têm função na hemóstase primária e secundária e na integridade do endotélio - são pequenos fragmentos de megacariócitos anucleados, mas com mitocôndrias e retículo endoplasmático liso, são encontrados na medula óssea - são activos (contracção e produção de ATP) e activáveis (activam mecanismos para prevenir perda de sangue) - fraca reserva medular - têm um tempo de vida curto, cerca de 10 dias Hemóstase - o processo de prevenção da perda de sangue num vaso lesionado designa-se por hemóstase - 102 - Fundamentos Fisiológicos da Engenharia Biomédica I Sangue e Imunidade - este processo envolve diversos mecanismos: 1 – vasoconstrição: diminuição local do fluxo de sangue e da pressão, devido à contracção dos vasos sanguíneos 2 – formação do coágulo/tampão plaquetar (hemóstase primária): agregação de plaquetas que bloqueiam os vasos 3 – formação do coágulo sanguíneo (hemóstase secundária) 4 – retracção do coágulo e reparação dos tecidos - há que haver um equilíbrio entre os mecanismos de coagulação e fluidez do sangue, de modo a não ocorrer patologias, tais como as tromboses (obstrução total ou parcial no interior de um vaso sanguíneo ou no interior do coração, levando à formação de um coágulo sanguíneo) ou hemofilia (caracterizada por hemorragias frequentes e paragem difícil) Hemóstase primária: - a activação de plaquetas é iniciada quando o colagénio é exposto após uma lesão de um tecido - as plaquetas aderem ao colagénio e ao factor von Willebrand existente no endotélio do vaso sanguíneo, libertando factores plaquetares (serotonina, tromboplastina e ADP) que atraem outras plaquetas (aglutinação), formando o tampão plaquetar - 103 - Fundamentos Fisiológicos da Engenharia Biomédica I Sangue e Imunidade - por outro lado há substâncias que limitam a extensão do coágulo (permitem a vasodilatação, inibem a activação, adesão e agregação de plaquetas) , como o NO e as prostaciclinas, libertadas pelo endotélio de modo a que o tampão plaquetar não seja demasiado grande Hemóstase secundária: - a coagulação sanguínea é um processo complexo que consiste na activação sequencial de vários factores de coagulação, sintetizados no fígado e muitos dependentes da vitamina K - o passo principal é a conversão do fibrinogénio em fibrina (formação de uma rede de fibrina) pela trombina - há que considerar um série de reacções em cadeia/duas vias para a formação do coágulo sanguíneo: • via extrínseca: via inicial da coagulação, activada quando ocorre danificação de algum tecido, permite a activação da via intrínseca e promove a formação de trombina mas em menos quantidade do que a via intrínseca • via intrínseca: activada pela via extrínseca e promove a formação de grandes quantidades de trombina - há uma via comum entre a via extrínseca e a via intrínseca em que a protrombina está inactiva no plasma Ö torna-se activa em situações que é necessário a formação de um coágulo, pelo complexo activador da protrombina Ö passando a trombina (dependente da vitamina k e do cálcio) Ö a qual actua sobre o fibrinogénio Ö transformando-o em fibrina Ö e formando uma rede de fibrina Ö o coágulo sanguíneo - a retracção do coágulo é realizada devido à contracção plaquetar e à do músculo liso vascular - 104 - Fundamentos Fisiológicos da Engenharia Biomédica I Sangue e Imunidade Lise ou dissolução do coágulo e sistema de anti-coagulação - o principal mecanismo de remoção do coágulo (fundamental para a reparação dos tecidos) é o sistema fibrinolítico - o sistema fibrinolítico é iniciado pelos activadores tecidulares de plasminogénio (ex. tPA) que vão transformar o plasminogénio em plasmina, a qual permite a degradação da rede de fibrina em pequenos fragmentos de fibrina - o nosso organismo possui um sistema de anti-coagulação de modo a equilibrar a fluidez do sangue. Deste modo há que considerar diferentes métodos para manter esse equilíbrio como a dissolução do coágulo pelo sistema fibrinolítico, a limitação da extensão do coágulo pela produção e libertação de NO e prostaciclinas e pela produção de anticoagulantes endógenos e coagulação inapropriada (acção da anti-trombina III que permite a activação da trombina e outros factores de coagulação e acção da heparina que permite a activação da anti-trombina III e inibição da função plaquetar - 105 - Fundamentos Fisiológicos da Engenharia Biomédica I Sangue e Imunidade Leucócitos e Imunidade – Prof. Raquel Seiça Leucócitos e Imunidade - imunidade é a capacidade que o organismo possui em neutralizar ou destruir substâncias estranhas não microbianas e células anormais, protegendo o organismo contra infecções - do sistema imunitário fazem parte os vasos linfáticos, os tecidos e órgãos linfóides e uma diversidade de células efectoras (células imunes/leucócitos) - os tecidos linfóides são classificados em dois conjuntos: - tecidos linfóides primários – timo e medula óssea, onde os linfócitos se diferenciam e atingem maturação (acetato15): Timo - o timo é um órgão linfático que se localiza no tórax, anterior ao coração, e está dividido em dois lobos, o esquerdo e o direito, sendo estes, subdivididos em vários lóbulos, cada um dos quais com uma zona medular e uma zona cortical. É nesta última que se encontram os linfócitos em maturação. Após maturação deslocam-se para os tecidos linfóides secundários Medula Óssea - a medula óssea pode ser considerada simultaneamente um órgão linfóide primário e secundário. É constituída por células reticulares, associadas a fibras reticulares e, no seu centro, uma enorme quantidade de capilares sanguíneos com grandes poros que permitem a saída de células maduras. Tem uma função sustentadora e é indispensável ao desenvolvimento das células que participam da hematopoiese - 106 - Fundamentos Fisiológicos da Engenharia Biomédica I Sangue e Imunidade - tecidos linfóides secundários – baço e nódulo linfático, sendo estruturas locais de desenvolvimento da resposta imunitária (acetato 16): Baço - o baço é o maior órgão linfático secundário do organismo e tem como função imunológica a libertação de linfócitos B, T, plasmócitos e outras células linfóides maduras, capazes de realizar uma resposta imunitária, para o sangue e não para a linfa - tem a capacidade de filtrar e reter antigénios que estejam na circulação sanguínea, permitindo, deste modo, responder a infecções sistémicas Nódulos Linfáticos - os nódulos linfáticos têm a função de “filtrar” a linfa que chega até eles e remover bactérias, vírus e restos celulares, entre outros - na zona entre o córtex e a medula encontram-se os linfócitos T, que estão já aptos a desencadear uma resposta imunitária, sair do nódulo linfático e se dirigirem ao local de acção. - as principais células do sistema imunitário (sistema de protecção) são os glóbulos brancos/leucócitos, unidades móveis originários das células estaminais primitivas da medula óssea - distingue-se dois tipos de leucócitos de acordo com a presença ou não de grânulos, os granulócitos e agranulócitos - pode-se enumerar diferentes glóbulos brancos, tais como: • linfócitos: responsáveis pela imunidade adquirida; linfócitos B (imunidade humoral), linfócitos T (imunidade celular) e linfócitos NK (resposta imunitária específica) Agranulócitos • monócitos (diferenciam-se posteriormente em macrófagos): em processos inflamatórios invadem os tecidos afectados, sendo então activamente fagocitários - 107 - Fundamentos Fisiológicos da Engenharia Biomédica I • Sangue e Imunidade neutrófilos: têm a propriedade da fagocitose, fagocitando bactérias e libertando várias substâncias como a lisozima e agentes oxidantes • eosinófilos: presentes no sangue periférico e têm acção nas alergias e parasitoses Granulócitos • basófilos (mastócito): participam nas defesas locais (reacções inflamatórias e alérgicas) e libertam heparina (substância anticoagulante) e histamina • macrófagos-like: são células dentríticas, que reconhecem e capturam antigénios, migram depois para o tecido linfóide e activam os linfócitos - depois do nascimento, os granulócitos e os monócitos, nos humanos, continuam a ser produzidos na medula óssea, enquanto que os linfócitos são produzidos nos nódulos linfáticos - os granulócitos e monócitos são células nucleadas com lisossomas que contêm enzimas - as hidrólases - responsáveis pela digestão de moléculas e material estranho - a acção imunitária é influenciada por diversos factores, variando a intensidade da resposta com a idade, stress, estado nutricional e de saúde, entre outros - o sistema imunitário deve reconhecer as próprias células, uma vez que cada indivíduo é bioquimicamente único - na superfície das células existem macromoléculas (glicoproteínas), que funcionam como marcadores, permitindo distinguir o “próprio” do “não próprio” - 108 - Fundamentos Fisiológicos da Engenharia Biomédica I Sangue e Imunidade - a imunidade pode ser de dois tipos: • imunidade adquirida/defesa imune específica: se as defesas usadas pelo organismo são adaptadas especialmente a um dado parasita invasor • imunidade inata/defesa imune não específica: se os mecanismos de defesa são genéricos, não variando com o tipo de agente patogénico - os mecanismos de defesa não específica podem ser externos ou internos, constituindo-se como a primeira barreira à infecção - as defesas específicas, divididas em sistema de imunidade humoral e sistema de imunidade celular, surgem numa segunda fase, sendo, no entanto, altamente eficientes Imunidade inata/defesa imunitária não específica - a defesa imunitária não específica está permanentemente disponível e tem um modo de actuação independente do tipo de agentes invasores (não há reconhecimento da identidade específica), constituindo-se como uma primeira barreira às infecções - há apenas reconhecimento de algumas propriedades gerais do agente estranho como a presença de hidratos de carbono e lípidos na membrana plasmática - os principais modos de defesa desta imunidade são as barreiras físicas (primeira linha de defesa do organismo contra a entrada de corpos estranhos – pele e pêlos) e químicas (segregação de substâncias tóxicas para muitas bactérias, por glândulas sebáceas, sudoríparas e lacrimais, impedindo a sua progressão no organismo), o interferon, a resposta inflamatória e o sistema complemento • Interferon/interferão: - o interferão é um tipo de proteína de pequeno tamanho produzida por processos naturais a partir de células, ou segregadas a seguir a uma infecção por vírus - o interferão difunde-se, entra na circulação sanguínea e vai ligar-se à membrana citoplasmática de células vizinhas, de modo a que estas produzem proteínas antivirais, evitando assim, que o vírus se replique dentro das células - o interferão não é específico, pois pode inibir a multiplicação de vírus muito diferentes (pode ser muito útil no tratamento de doenças virais e cancerosas) - 109 - Fundamentos Fisiológicos da Engenharia Biomédica I • Sangue e Imunidade Resposta Inflamatória - a inflamação é um processo vital na mobilização das defesas do organismo contra organismos invasores e na posterior reparação de danos causados - apesar da eficácia das barreiras externas alguns microrganismos podem ultrapassar essas barreiras - na zona de penetração dos elementos estranhos produz-se uma reacção inflamatória, traduzida por uma sequência complexa de acontecimentos que visam inactivar ou destruir esses agentes - a danificação dos tecidos provoca a libertação de substâncias farmacologicamente activas (como, por exemplo, a histamina) de certas células existentes na área danificada - estas substâncias provocam o aumento do diâmetro dos capilares sanguíneos (vasodilatação) e também a sua permeabilidade - o vermelhidão que se forma e o aumento de temperatura resultam do aumento do volume de sangue na área, ao mesmo tempo que mais proteínas e fluido se concentram, causando intumescimento - este inchaço e alteração da permeabilidade dos capilares permitem que anticorpos e leucócitos se desloquem mais rapidamente na direcção do agente invasor (quimiotaxia e diapedese) - 110 - Fundamentos Fisiológicos da Engenharia Biomédica I Sangue e Imunidade - a presença de neutrófilos e mais tarde de monócitos que se transformam em macrófagos (células fagocitárias) permitem a destruição dos agentes estranhos por fagocitose - após todas estas reacções de defesa, ocorre a reparação tecidular, havendo regeneração dos tecidos, devido à formação de novas células por processos mitóticos Fagocitose - a fagocitose consiste na absorção e na digestão de bactérias e partículas estranhas, por qualquer célula com capacidade para ingerir material estranho - a partícula estranha é envolvida por uma invaginação da membrana citoplasmática (endocitose) que acaba por formar uma vesícula digestiva, designada por vacúolo digestivo ou fagossoma - a partícula estranha é digerida por enzimas produzidas nos lisossomas, por fusão destes com o fagossoma - a partícula digerida é excretada - na fagocitose a célula fagocítica tem proteínas na membrana que vão envolver o agente patogénico, isto é, há ligação de receptores de células imunes com o agente estranho - nem todos os agentes são reconhecidos instantaneamente pelos fagócitos, daí a presença de proteínas de marcação, as opsoninas - as opsoninas actuam como um ponto de ligação entre o agente patogénico e os receptores dos fagócitos - as células fagocíticas não reconhecem bactérias com cápsula (normalmente polissacarídeos), sendo estas, então, revestidas pelas opsoninas (opsonização) de modo a que haja reconhecimento por parte das células fagocíticas e ocorrer assim a fagocitose • Sistema complemento - o sistema complemento desencadeia mecanismos pelos quais os corpos estranhos são destruídos - é constituído por uma série de proteínas que normalmente circulam no sangue no estado inactivo - uma vez activadas, aumentam a vasodilatação e a permeabilidade dos vasos e facilitam a saída de neutrófilos bem como a libertação de substâncias químicas que atraem mais leucócitos - 111 - Fundamentos Fisiológicos da Engenharia Biomédica I Sangue e Imunidade - facilitam a fagocitose, uma vez que quando ligadas às células estranhas são reconhecidas mais facilmente - além das reacções referidas as proteínas do sistema complemento podem provocar uma destruição directa dos agentes estranhos, pelo complexo MAC, em que há formação de poros na parede da célula bacteriana, pelos quais entram na bactéria fluidos e sais (iões) que provocam o seu rebentamento e destruição por choque osmótico Imunidade adquirida/defesa imunitária específica - a defesa imunitária específica é responsável pela resposta de defesa altamente específica e personalizada que o organismo desenvolve face a um dado parasita ou infecção determinada - este tipo de resposta surge numa segunda fase de defesa, sendo, no entanto, altamente eficiente - a imunidade específica é adquirida como resultado da exposição a um determinado agente estranho ao organismo, os antigénios, os quais são reconhecidos graças à presença de determinadas moléculas à sua superfície Resposta Imune - uma resposta imunitária específica contra invasores estranhos engloba três funções importantes: 1 – Encontro e reconhecimento do antigénio pelos linfócitos – em que há síntese de linfócitos, adquirindo estes receptores específicos a determinado antigénio para posterior ligação 2 – Reacção – em que há activação e expansão clonal dos linfócitos, e produção de células de memória e células efectoras 3- Acção – em que os agentes do sistema imunitário (linfócitos activos) neutralizam ou destroem os corpos estranhos - 112 - Fundamentos Fisiológicos da Engenharia Biomédica I Sangue e Imunidade Origem dos Linfócitos - as células da medula óssea precursoras de linfócitos migram para o timo ou permanecem na medula óssea - as células que se diferenciam sob a influência do timo transformam-se em linfócitos T, enquanto que os linfócitos B continuam o seu desenvolvimento na medula óssea - no interior do timo e da medula óssea os linfócitos , sob a acção de hormonas, adquirem os receptores específicos de antigénios que lhes permitem reconhecer - após aquisição dos receptores, já estão aptos para produzir uma resposta imunitária, ou seja, são células imunocompetentes - os linfócitos migram depois para um tecido linfóide secundário - as células Natural Killer/NK são semelhantes aos linfócitos T, mas com uma maior actividade de destruição - as respostas imunitárias específicas agrupam-se em dois conjuntos principais: imunidade humoral ou imunidade mediada por anticorpos e imunidade celular ou imunidade mediada por células Imunidade Humoral - os principais responsáveis pelo funcionamento deste tipo de defesa são os linfócitos B, produtores de anticorpos, em resposta ao antigénio e a citoquinas libertadas pelos linfócitos T helper - a imunidade humoral pode ser do tipo activo (anticorpos produzidos pelo próprio indivíduo) ou passivo (anticorpos obtidos através da placenta ou por administração de soro imunitário - fonte externa). A imunidade activa pode resultar de causas naturais (exposição ao antigénio) ou artificiais (vacinação) - 113 - Fundamentos Fisiológicos da Engenharia Biomédica I Sangue e Imunidade - cada célula produz apenas anticorpos específicos para um determinado antigénio - a multiplicação e diferenciação de linfócitos B activados ocorrem do seguinte modo: - o antigénio chega ao organismo a um órgão linfóide e estimula uma pequena fracção de linfócitos B, aqueles que possuem na membrana receptores específicos para esses antigénios - esses linfócitos experimentam uma rápida divisão, formando células que se diferenciam em plasmócitos/células efectoras (células activas capazes de produzir anticorpos) - nem todos os linfócitos B estimulados se diferenciam em plasmócitos. Muitos diferenciam-se em células-memória que ficam inactivas, mas prontas a responder rapidamente caso o antigénio venha a reaparecer posteriormente no organismo - os anticorpos (específicos para o agente estranho) produzidos são libertados no sangue ou na linfa, circulando até ao local da infecção - geralmente os anticorpos não reconhecem o antigénio como um todo, mas identifica regiões localizadas na superfície deste, chamadas determinantes antigénicos Estrutura do Anticorpo - os anticorpos são glicoproteínas específicas denominadas por imunoglobulina (p.e. IgG, IgE, IgD, IgA e IgM) - cada anticorpo é capaz de se combinar quimicamente com o antigénio específico que estimulou a produção desse anticorpo - 114 - Fundamentos Fisiológicos da Engenharia Biomédica I Sangue e Imunidade - a especificidade está relacionada com a estrutura química do antigénio e do anticorpo - os anticorpos têm tipicamente a forma de Y, sendo compostos por quatro cadeias polipeptídicas interligadas - as duas cadeias mais longas são denominadas cadeias pesadas e as duas cadeias mais curtas cadeias leves - cada anticorpo tem uma região variável, que reconhece um antigénio específico, e uma região constante, que controla o modo como a molécula interactua com outros elementos do sistema imunitário e permite a ligação à membrana do linfócito B/receptor - em diferentes anticorpos a sequência de aminoácidos ao longo das cadeias polipeptídicas é constante, excepto em regiões, relativamente curtas, das zonas em que as cadeias pesadas opõem-se às cadeias leves - nessas zonas as sequências de aminoácidos são singulares e próprias para cada tipo de anticorpo, constituindo os locais de ligação para um antigénio específico Memória Imunitária - uma característica do sistema imunitário é a capacidade de memória em relação a substâncias estranhas que invadiram anteriormente o organismo e às quais ele reage rapidamente quando ocorrer nova infecção - ao nascimento, os indivíduos possuem clones de linfócitos com poucas células e insuficientes para reagir ao invasor mas com especificidade antigénica - após exposição ao agente invasor ocorre a activação do clone de linfócitos e surge a expansão clonal (clonolinfócitos) - 115 - Fundamentos Fisiológicos da Engenharia Biomédica I Sangue e Imunidade - o encontro inicial provoca não só a proliferação e diferenciação de células efectoras, como também de células-memória - as células-memória têm a capacidade mais células efectoras e mais células-memória e forem estimuladas mais tarde pelo mesmo antigénio - as células efectoras actuam de imediato e sobrevivem pouco tempo, enquanto que as células-memória ficam armazenadas no baço e gânglios linfáticos - análise do gráfico: • quando é injectado o antigénio A aparece uma resposta imunitária primária, traduzida pelo aumento da produção de anticorpos • se ocorrer novo contacto com o mesmo antigénio surge uma resposta imunitária secundária, mais rápida de maior intensidade e de duração mais longa • a memória é específica em relação ao antigénio A, pois o primeiro contacto com o antigénio B desencadeia uma resposta imunitária primária, em relação a esse antigénio Vacinas e Imunização - uma vacina é uma solução, preparada em laboratório, de agentes patogénicos mortos ou inactivados de modo que não se reproduzam - a vacina produz uma resposta imunitária primária e provoca a produção de célulasmemória - as células-memória ficam no organismo e estão prontas a defendê-lo posteriormente se ele for invadido por esses agentes patogénicos - 116 - Fundamentos Fisiológicos da Engenharia Biomédica I Sangue e Imunidade Imunidade Celular - os principais responsáveis pelo funcionamento deste tipo de defesa são os linfócitos T, que são os primeiros reguladores da resposta imunitária, sendo capazes de reconhecer os antigénios por si próprios - os linfócitos T são activos contra parasitas multicelulares, fungos, células infectadas por bactérias ou vírus, células cancerosa, tecidos enxertados e órgãos transplantados - o reconhecimento de antigénios é possível porque os linfócitos T possuem na superfície celular receptores para antigénios estranhos - os linfócitos T apenas reconhecem aqueles antigénios que se ligam a marcadores da superfície de certas células imunitárias - existem diferentes tipos de linfócitos T: - linfócitos T citotóxicos (CD8+cells) – uma vez activados estes linfócitos migram para o local de infecção ou para o timo e segregam substâncias tóxicas que matam as células anormais - linfócitos T helper (CD4+cells) – reconhecem antigénios específicos e segregam mensageiros químicos, os quais estimulam a capacidade defensiva de outras células, como sejam fagócitos, linfócitos B e linfócitos T citotóxicos - linfócitos T supressores – estas células através de mensageiros químicos, ajudam a moderar ou suprimir a resposta imunitária, limitando a produção de anticorpos pelos linfócitos B quando a infecção já está debelada - as Células Natural Killer/NK são células de ataque e destruição, sem especificidade para o antigénio, receptores dos linfócitos B e T e sem envolvimento das proteínas MHC - no entanto as NK estão incluídas na imunidade específica, pois na presença de anticorpos e citoquinas segregadas pelos linfócitos T helper, a sua acção aumenta na resposta imune Receptores dos linfócitos T - os receptores dos linfócitos T, formados por duas cadeias proteicas com regiões específicas, encontram-se na membrana da célula T, não são segregados e permitem a ligação entre o antigénio e as proteínas MHC - 117 - Fundamentos Fisiológicos da Engenharia Biomédica I Sangue e Imunidade - existem dois tipos de proteínas MHC: - tipo I – classe MHC I: presentes na superfície de células nucleadas, cuja união com o antigénio provoca a ligação dos linfócitos T citotóxicos - tipo II – classe MHC II: presente na superfície dos macrófagos, linfócitos B e células macrófago-like, cuja união com o antigénio permite a ligação dos linfócitos T helper - vida intra-uterina: linfócito T desenvolvem-se no timo a partir de células percursoras que migram da medula óssea - as células que podem reagir com o próprio organismo são eliminadas; outras multiplicam-se Öclones Células apresentadoras de antigénios/APCs - os linfócitos T não têm a capacidade de se ligar ao antigénio - para que os linfócitos reagem ao antigénio, é necessário a presença de células apresentadoras de antigénios , as quais têm na sua superfície, proteínas MHC combinadas com fragmentos do antigénio, que permitem a activação dos linfócitos T e sua ligação aos fragmentos. - as células apresentadoras de antigénios podem ser de diferentes tipos tais como macrófagos ou linfócitos B - o antigénio é fagocitado pelas APCs, estas apresentam posteriormente os fragmentos do antigénio combinados com as proteínas MHC, aos linfócitos T, os quais desencadeiam um processo de destruição. - para a activação dos linfócitos T helper, é necessário a presença de três factores de activação: 1. apresentação do antigénio – MHC II combinada com o antigénio 2. co-estímulo – ligação de proteínas não antigénicas 3. secreção de citoquinas (TNF e IL1-interlicina) – podem produzir efeitos autocrínicos e paracrínicos (outras células imunes) - o linfócito T quando activo segrega IL-2 utilizada pelos linfócitos T citotóxicos e citoquinas, as quais, activaram os linfócitos B de modo a produzir anticorpos que serão libertados na corrente sanguínea e células-memória para uma resposta mais eficaz numa segunda exposição ao antigénio - 118 - Fundamentos Fisiológicos da Engenharia Biomédica I Sangue e Imunidade - os linfócitos B iniciam a destruição do agente agressor e protegem as estruturas adjacentes - quando ocorre a ligação de um determinado antigénio a um anticorpo pode ocorrer diferentes situações: activação de linfócitos B com produção de anticorpos e célulasmemória; activação das opsoninas; ligação de vários anticorpos a um antigénio e aglutinação da bactéria facilitando a fagocitose; activação de linfócitos T citotóxicos; ocorrência de desgranulação devido à ligação do anticorpo à célula activando o sistema complemento ou mesmo uma resposta inflamatória - a acção dos linfócitos T citotóxicos permite a destruição da célula afectada por um vírus - para o funcionamento dos linfócitos T citotóxicos, é necessário a presença de linfócitos T helper os quais libertam IL-2, que permitem a sua activação e produção de mais linfócitos T, os quais segregam perforinas que vão formar poros na célula, provocando a lise celular e morte da célula - a libertação de IL-2 e de interferon-gama pelos linfócitos T helper permitem a activação de macrófagos e de células NK, responsáveis pela destruição de células por fagocitose ou por segregação de substâncias químicas Síntese: - numa resposta imunitária específica internem diferentes processos que interagem: • após o contacto com os antigénios estranhos, alguns grupos de linfócitos transformam reguladoras efectoras uma em ou que se células em células desencadeiam resposta imunitária primária • os linfócitos B multiplicam-se e diferenciam-se em célulasmemória e em plasmócitos que segregam anticorpos • os linfócitos T activados pela presença de células portadoras de antigénios ligados a marcadores da membrana entram também em - 119 - Fundamentos Fisiológicos da Engenharia Biomédica I Sangue e Imunidade divisão, formando-se vários tipos de linfócitos T: linfócitos T citotóxicos, linfócitos T helper e linfócitos T supressores • os linfócitos T helper, através de mensageiros químicos, influenciam-se os linfócitos B a diferenciarem-se em plasmócitos que produzem anticorpos • os linfócitos T citotóxicos destroem especificamente células que exibem antigénios específicos aos que existiam nas células apresentadoras que provocam a sua proliferação • as células-memória têm a capacidade de produzir mais células efectoras e mais células-memória se forem estimuladas posteriormente pelo mesmo antigénio Grupos Sanguíneos Reacções de transfusão - ao efectuar uma transfusão de sangue é necessário conhecer os grupos sanguíneos do dador e do receptor. - uma transfusão feita a um receptor que possui anticorpos que aglutinam as hemácias do dador produz uma reacção transfusional imediata Sistema ABO - o sistema ABO é um dos mais importantes sistemas de classificação dos grupos sanguíneos - na população humana pode-se encontrar quatro grupos sanguíneos: A, B, AB e O que constituem o sistema ABO, os quais distinguem-se devido à presença de diferentes tipos de antigénios nos glóbulos vermelhos - esses antigénios quando introduzidos num organismo que não os possuem, os anticorpos existentes no plasma do receptor reagem especificamente com os antigénios dos glóbulos vermelhos aglutinando-os - a importância desta reacção faz com que os antigénios das hemácias sejam designados por aglutinogénios, dando-se o nome de aglutininas aos anticorpos existentes no plasma - um sangue com um determinado aglutinogénio não pode ter no plasma a aglutinina correspondente, pois desencadear-se-ia uma reacção de aglutinação das hemácias. - 120 - Fundamentos Fisiológicos da Engenharia Biomédica I Sangue e Imunidade - sangue do grupo A – as hemácias possuem aglutinogénios A nas suas membranas e o plasma contém aglutininas anti-B - sangue do grupo B – as hemácias possuem aglutinogénios B e o plasma aglutininas anti-A - sangue do grupo AB – as hemácias possuem dois aglutinogénios A e B e o plasma não contém aglutininas - sangue do grupo O – as hemácias não possuem aglutinogénios considerados e o plasma possui aglutininas anti-A e anti-B - os indivíduos com sangue do grupo O são conhecidos como dadores universais, já que podem dar sangue a pessoas com qualquer dos outros grupos - os indivíduos com sangue do grupo AB são receptores universais, pois o seu sangue não contém aglutininas, não aglutinando por isso as hemácias do dador Sistema Rh - sistema genético caracterizado pela existência de um alelo que determina o aparecimento de antigénios específicos denominado factor Rh ou aglutinogénio D, nas membranas das hemácias - estes antigénios induzem a formação dos anticorpos, aglutininas anti-Rh - consideram-se Rh+ (positivo) as pessoas que possuem antigénios Rh, e Rh- (negativo) as que não têm - do sistema Rh fazem parte, pelo menos, mais oito antigénios além do antigénio D, mas este é o mais importante no que diz respeito a transfusões - o sistema Rh existe e actua independentemente do sistema ABO - segue a lei da imunidade, ou seja, há produção de anticorpos anti-Rh após primeira exposição (numa pessoa Rh-) - 121 - Fundamentos Fisiológicos da Engenharia Biomédica I Sangue e Imunidade Sistema Rh e gravidez - o nascimento de crianças com graves problemas sanguíneos deve-se a uma anomalia nas hemácias, as quais são pouco eficientes no transporte do oxigénio. Esta doença tornou-se conhecida como eritroblastose fetal ou doença hemofílica do recémnascido - o sangue materno e fetal normalmente não se misturam, no entanto pode, nas últimas semanas de gravidez ou durante o parto, haver uma pequena mistura de sangue. Neste caso pode ocorrer fundamentalmente três tipos de situações: • Mãe Rh- e feto Rh+ - uma certa quantidade de hemácias do feto penetra no sangue da mãe: - o organismo materno produz anticorpos anti-Rh, que atravessam a placenta e surgem no sangue do feto, mas em pouca quantidade; - na gravidez seguinte, se o feto voltar a ser Rh+, a placenta pode voltar a deixar passar hemácias fetais para o sangue materno; - a reacção imunológica é agora mais intensa e a quantidade de anticorpos anti-Rh é bastante elevada - a passagem de aglutininas anti-Rh através da placenta pode provocar a aglutinação e destruição dos glóbulos vermelhos do feto – eritroblastose fetal • Mãe Rh- e feto Rh- - se os fetos de uma mãe Rh- forem Rh- não desencadeiam no organismo da mãe a formação de aglutininas anti-Rh • Mãe Rh- e feto Rh+ ou Rh- - se a mãe for Rh+ não há qualquer problema, quer o feto seja Rh+ ou Rh-, porque neste caso a mãe não produz anticorpos anti-Rh - 122 -
