Autores:ppppPaulo Cesar Naoum
Flávio Augusto Naoum |
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Introdução
Para descrever o fenômeno da falcização
e as conseqüências advindas das células falcizadas
é necessário recorrer ao eritrócito normal
como parâmetro de comparação. O processo evolutivo
que resultou na formação do eritrócito como
célula especializada no transporte de gases, fez com que
esta célula se tornasse discóide, bicôncava
e flexível para realizar com eficiência as trocas gasosas
e a permeabilidade de água e compostos iônicos. As
milhões de moléculas de hemoglobinas contidas no interior
de cada eritrócito normal se dispõe individualizadas
e, portanto, solubilizadas no líquido intraeritrocitário.
Todos esses fatores mantém a estrutura celular, e em especial
a membrana citoplasmática, saudáveis durante cerca
de 120 dias.
Nos genótipos que causam a doença
falciforme, e notadamente na anemia falciforme (Hb SS), as células
falciformes tem suas origens determinadas na fase inicial da eritropoiese
quando os proeritroblastos doentes tem em sua composição
genética a lesão no gene da globina beta do cromossomo
11 ( b6 Glu ®
Val), sintetizando a Hb S. Portanto, durante toda a transformação
e evolução das diferentes fases dos eritroblastos,
as moléculas de Hb S são sintetizadas gradualmente
e se ocupam do espaço intraeritrocitário. Conclui-se,
assim, que as lesões dos eritrócitos falciformes tem
início nas primeiras fases da sua formação,
e esse fato pode ser constatado pela presença de alguns eritroblastos
falcizados em sangue coletado por punção de medula
óssea. Todo esse processo que ocorre de forma gradual e cumulativa,
causa múltiplas alterações nas moléculas
de Hb S, com disfunções celulares motivadas por alterações
morfológicas e funcionais desses eritrócitos, reduzindo
drasticamente seu tempo de vida média para 7 a 25 dias (figura
6.15).
Embora todos os eventos que causam a falcização
nos eritrócitos contendo moléculas de Hb S com concentrações
acima de 50% ocorram concomitantemente, para fins didáticos
eles serão expostos em três níveis: molecular,
celular e circulatório.
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Figura 6.15 – Alterações morfológicas
em eritrócitos de pessoa com anemia falciforme, por microscopia
eletrônica. O eritrócito não falcizado apresenta
várias lesões morfológicas de membrana devido
à falcizações e desfalcizações
ao longo do seu período de vida. |
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Alterações moleculares de Hb S
A molécula de hemoglobina estabilizada
por processos evolutivos que ocorreram nas diferentes espécies
animais é indispensável à manutenção
da vida, agindo como um sistema responsável pelo fornecimento
de oxigênio e pela retirada de gás carbônico
dos tecidos. Essas funções são efetuadas por
meio de uma estrutura química organizada que possui duas
formas que se equilibram espacialmente na configuração
quaternária da molécula: a oxigenada
(ou R = relaxada) e a desoxigenada (ou T = tensa).
A diferença principal entre as duas formas está nos
contatos intermoleculares dos aminoácidos que ligam as subunidades
a1 e b2,
conhecidos por contatos a1
b2 (figura 6.16).
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Figura 6.16 – Disposição
gráfica da molécula de Hb S com seu tetrâmero
a2 (verde) e b2
(azul). Os contatos a1 b1
e a2 b2
são verticais e estão relacionados à estabilidade.
Entre os contatos b1 b2
está acomodada a molécula de 2,3 DPG que regula a oxigenação
da molécula de hemoglobina. |
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A base da fisiopatologia da falcização
está na substituição do ácido glutâmico
pela valina na posição 6 da globina beta. Embora esta
mudança se configura bioquímica e geneticamente como
pontual, numa região da molécula (superfície
externa) que não a compromete estruturalmente, passa a ser
suscetível quando a molécula de Hb S perde o oxigênio,
tornando-se desoxi-Hb S. À medida que as moléculas
de Hb S se tornam desoxigenadas dentro do eritrócito, ocorrem
mudanças estruturais típicas de moléculas de
hemoglobinas desoxigenadas, que no caso da Hb S tem conseqüências
graves à sua individualidade molecular. Ao se tornarem desoxigenadas,
as moléculas de Hb S expõe componentes carbonados
da valina mutante (b 6 Val) que se interagem
com componentes químicos da fenilalanina da posição
85 da globina beta (b 85 Fen), bem como
com a leucina da posição 88 da mesma globina (b
88 Leu). Embora essas interações propiciam
a ocorrência de outros contatos entre tetrâmeros de
diferentes moléculas de Hb S, é justamente as interações
b 85 Û b6
Û b 88 que dão o início
à agregação entre moléculas
de Hb S desoxigenadas. Quando 30 tetrâmeros estão agregados,
é formado um núcleo crítico, que constitui
a primeira fase de nucleação. Sobre este núcleo
crítico, outros tetrâmeros podem aderir e formar então
um polímero. Um polímero é uma estrutura longitudinal
medindo 220nm, de diâmetro helicoidal, constituída
por 14 fibras, 10 delas dispostas externamente e 4 internamente
(figuras 6.17 a e 6.17 b).
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Figura 6.17 a – À esquerda a representação
mostra que moléculas de Hb A ao perderem o oxigênio mantêm-se
individualizadas. À direita a representação mostra
que as moléculas de Hb S ao se tornarem desoxigenadas se agregam,
dando início Pa formação de polímeros.
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Figura 6.17 b – À esquerda a representação
mostra que milhares de moléculas de Hb S desoxigenadas se agregam
e formam feixes de polímeros. À direita, a microscopia
eletrônica plana de parte de um eritrócito falcizado
mostra a disposição desses feixes de polímeros
no sentido longitudinal da célula. |
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Os polímeros estáveis fornecem uma
área necessária para a iniciação de
uma segunda fase de nucleação, na qual fibras adicionais
podem ser agregadas, formando feixes paralelos, chamados tactóides.
A dupla nucleação é responsável pelo
crescimento exponencial dos polímeros e transformação
do eritrócito discóide na forma afoiçada, conforme
mostram as figuras 6.18, 6.19 e 6.20. Quando os polímeros
adquirem uma configuração espacial definida, ocorre
a mudança do estado líquido (ou solúvel) para
o sólido (ou insolúvel) no interior do eritrócito,
fato que altera a viscosidade do líquido intracelular e induz
a formação de cristais de Hb S.
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Figura 6.18 – Microscopia eletrônica
de um eritrócito com Hb S no início da formação
da polimerização de moléculas de desoxi-Hb S.
As setas a indicam dois grandes polímeros longitudinais
estáveis, e a partir deses ocorre a nucleação
com fibras adicionais de feixes paralelos, os tactóides (beta
b). |
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Figura 6.19 – Na seqüência da figura anterior, milhares
de polímeros são formados, conforme mostra esta imagem
de microscopia eletrônica de uma célula falcizada. Há
duas áreas bem distintas formadas pelos polímeros longitudinais
estáveis (a) e a nucleação com fibras adicionais
(b). |
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Figura 6.20 – Fase final da polimerização
com a transformação do eritrócito discóide
em célula falciforme, observada em microscopia eletrônica.
O processo imediato da falcização deixa um espaço
vazio em forma de disco que era ocupado pelo eritrócito com
oxi-Hb S, para se condensar na estrutura afoiçada induzida
pela polimerização das moléculas de deoxi-Hb
S. |
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A polimerização de moléculas
de Hb S solubilizadas "in vitro" é dependente do
oxigênio, do pH, da concentração do 2,3 DPG,
da temperatura, da concentração da Hb S e das interações
com a Hb Fetal e outras hemoglobinas variantes.
O oxigênio é o elemento mais importante,
pois somente a desoxi-Hb S se polimeriza, e qualquer fator que estabilize
o estado desóxi reduzirá a afinidade pelo oxigênio,
perpetuando o estado desóxi e a polimerização.
Entre os fatores que mantém o estado desoxigenado se destacam
a queda do pH pelo efeito Bohr e o aumento da concentração
do 2,3 difosfoglicerato. Da mesma forma, o aumento da temperatura
acima de 37ºC induz a polimerização da Hb S,
bem como provoca a sua instabilidade molecular. A concentração
da Hb S corpuscular média (CHCM) é fundamental no
desencadeamento da polimerização, pois quanto maior
a presença de Hb S intraeritrocitária menor será
o tempo de formação de polímeros e, consequentemente,
a polimerização se torna mais rápida. Admite-se
que a polimerização que ocorre "in vivo"
parece ter igual comportamento daquela que se verifica "in
vitro", entretanto há grandes diferenças entre
uma e outra. Ou seja, no processo "in vivo", o espectro
de células com diferentes densidades e concentração
de Hb S é variável entre os diversos genótipos
que causam as doenças falciformes, além do que há
diferenças dentro de um mesmo genótipo – quer
seja pela presença de Hb Fetal ou pela associação
de talassemia alfa, entre outros. Essas diferenças promovem
variações entre o tempo do processo polimerizante
que varia de milisegundos a muitos segundos. Soma-se a essas situações
"in vivo" aos micro-ambientes em que os eritrócitos
com Hb S estão circulando, em determinado momento. E esse
fato pode ser atestado nos processos vaso-oclusivos que ocorrem
com mais intensidade em certas regiões do corpo humano.
Mutações adicionais no gene da globina
beta S e a herança de outras hemoglobinas variantes associadas
à Hb S podem afetar a estabilidade dos polímeros de
Hb S, aumentando-a, ou diminuindo-a, ou permanecendo a mesma tendência
do efeito polimerizante. O aumento da intensidade da polimerização
depende da concentração da Hb S desoxigenada, assim
é evidente que na Hb SS com concentrações de
Hb S próximas de 95 a 98% o efeito polimerizante é
altíssimo. Nas associações entre Hb S e Hb
D Punjab (Hb SD), e entre Hb S e Hb O Arábia (Hb SO), a polimerização
é quase tão intensa quanto na Hb SS, e os fenótipos
das doenças falciformes SD e SO são muito parecidos
com o da anemia falciforme. Entretanto quando a associação
da Hb S se faz com a Hb E (Hb SE), ou com Hb Korle-Bu (Hb S/Korle-Bu),
o grau de polimerização é muito pequeno, assemelhando-se
com o traço falcêmico. Na associação
entre Hb S e Hb C a polimerização é moderada,
com características laboratoriais como, por exemplo, a formação
de cristais intra-eritrocitários.
A interação da Hb S com a Hb Fetal
é determinante na diminuição do efeito polimerizante
da Hb S. A Hb Fetal não é incorporada no polímero
da Hb S e por essa razão a polimerização da
Hb S é inibida. Esse processo inibitório da polimerização
da Hb S promovido pela presença de Hb Fetal ocorre na persistência
hereditária de Hb Fetal (PHHF), situação em
que a concentração da Hb Fetal oscila entre 15 e 30%.
Nesses casos o portador do genótipo SF – onde a Hb
Fetal se deve à PHHF – dificilmente apresenta o fenótipo
da doença falciforme, assemelhando-se mais com o traço
falciforme. Essa relação entre polimerização
e fenótipo clínico é o que sustenta a hipótese
da importância da concentração de Hb Fetal na
fisiopatologia da doença falciforme.
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Alterações celulares dos eritrócitos
com Hb S
A polimerização
da Hb S começa a deformar o eritrócito imediatamente,
fazendo com que a célula adquira a forma alongada –
inicialmente com seu diâmetro central visivelmente achatado
– tipo "lâmina de foice", culminando com o
aparecimento de longos filamentos nas extremidades. Na realidade,
as alterações observadas nas células falciformes
são muito variadas (figura 6.21). A redução
da deformabilidade dos eritrócitos falcêmicos é
uma das principais causas das conseqüências fisiopatológicas
das doenças falciformes. Contribui para este fato, inicialmente,
a formação dos polímeros de Hb S, seguida das
alterações da membrana celular e do seu citoesqueleto,
além dos produtos de degradação oxidativa da
hemoglobina, caracterizadas pelos corpos de Heinz. Entre as principais
conseqüências das lesões à membrana e ao
citoesqueleto destaca-se a desidratação celular, seguida
da ação macrofágica contra os eritrócitos
que sofreram oxidação da proteína Banda 3 das
suas membranas, fatos que alteram a composição estrutural
da membrana do eritrócito falciforme.
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Figura 6.21 – Microscopia eletrônica
de células falciformes com diferentes formas e filamentos nas
extremidades. |
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A desidratação celular ocorre devido
à disfunção da permeabilidade da célula
falciforme motivada pela falência parcial da bomba de sódio/potássio/ATPase,
resultando na perda de potássio e ganho de sódio que,
se balanceado, não altera a hidratação celular,
mas, se houver desequilíbrio, haverá perda excessiva
de potássio e de água, com aumento da concentração
intracelular de Hb S e conseqüente polimerização.
A perda de potássio é a principal causa da desidratação
dos eritrócitos falciformes. Os fatores que mais contribuem
para a perda de potássio são o co-transporte de K+Cl–,
e a formação dos canais de Gardos (Ca++
atividade dependente de K+). O co-transporte de K+Cl–
é ativado pelo edema celular e por acidose. Esta pode ocorrer,
"in vivo", particularmente em condições
de circulação estagnante. A concentração
intraeritrocitária de Hb S está diretamente relacionada
com o conteúdo de Ca++, e este é
compartimentalizado em vesículas intracelulares, mantendo
a concentração de Ca++, no citosol,
normal. Quando há distorção da membrana, como
no processo de falcização, ocorre aumento da permeabilidade
da membrana celular ao cálcio, elevando a sua concentração
no citoplasma (figura 6.22).
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Figura 6.22 – Microscopia eletrônica
de eritrócitos normais com Hb AA (A) e falciformes
(B) tratados in vitro para avaliar sua permeabilidade
do cálcio e seu fluxo. Em eritrócitos normais o efluxo
de cálcio é muito maior, caracterizado pelas vesículas
intra-eritrocitárias (A), enquanto nos eritrócitos
falcêmicos a permeabilidade é maior para o influxo, tornando-os
densos. |
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Como os eritrócitos tem pequena capacidade
de tampão para o cálcio, a mínima entrada deste
elemento induz o aumento significativo da sua concentração
citoplasmática. Assim, para manter o gradiente de equilíbrio
no citosol da célula, os canais de Gardos são ativados,
e desta forma permite a entrada de potássio na célula.
Quando o potássio entra na célula, a membrana celular
torna-se eletricamente mais negativa, fazendo com que íons
cloretos (Cl–) saiam da célula, juntamente
com o potássio. Todas essas alterações funcionais
que ocorrem na célula falciforme, desencadeada inicialmente
pela desoxigenação da Hb S, seguida pela formação
de polímeros, causam alterações na permeabilidade
da membrana, com lesões do citoesqueleto celular (figura
6.23) e promovendo a rigidez da membrana eritrocitária.
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Figura 6.23 – Microscopia eletrônica
do citoesqueleto de um eritrócito normal com Hb AA (esquerda)
e um eritrócito falciforme com Hb SS (direita). Observar a
desorganização estrutural do citoesqueleto da célula
falciforme em relação ao eritrócito normal.
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Embora esses fenômenos possam ser reversíveis
com a reoxigenação, quando repetidos, as alterações
funcionais exacerbam-se e a célula se torna irreversivelmente
falcizada.
O tempo de falcização, até
a distorção celular acentuada, é variável
entre dois a quatro minutos. O tempo de contato dos eritrócitos
com a circulação venosa é de 10 a 15 segundos,
portanto em áreas de estagnação do sangue a
vulnerabilidade à falcização é maior.
No entanto, a circulação venosa tem maior número
de eritrócitos falciformes irreversíveis do que a
arterial, porque o pré-requisito essencial seria o aumento
da CHCM, causado pela desidratação celular e pela
falência da atividade funcional da célula na circulação,
estabilizando-se o esqueleto celular na forma anormal. A vasoconstrição
da circulação capilar induz a estase e ao aumento
do tempo de contato do eritrócito com áreas de baixo
teor de oxigênio. Também a desidratação
do organismo favorece a desidratação celular e o aumento
da concentração de Hb S. Os homozigotos falcêmicos
(Hb SS) – cujo fenótipo é o da anemia falciforme
– possuem de 4 a 44% de eritrócitos falciformes irreversíveis
na circulação periférica. Seu número
é relativamente constante no mesmo indivíduo, apesar
de variar de um caso para outro, e esse processo está relacionado
com a vida média celular determinada pelo grau de hemólise.
Conforme mostra a figura 6.24, três eventos
principais participam da formação da célula
falciforme: a desoxigenação da Hb S
– como indutor – durante a qual são liberados
radicais livres oxidantes, a formação de polímeros
– cuja abordagem foi feita no início deste capítulo,
e a degradação oxidativa da Hb S
– iniciada pela metaemoglobinização da Hb S
e formação de corpos de Heinz. Todos esses eventos
causam lesão e rigidez da membrana do eritrócito.
Decorrente dessas alterações da célula falciforme
é importante destacar especificamente a disfunção
estrutural da membrana e a degradação oxidativa da
Hb S.
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Figura 6.24 – Conseqüências
celular e fisiopatológica da desoxigenação da
Hb S. |
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Disfunção estrutural da membrana da célula falciforme
A membrana celular é
uma bicamada de fosfolipídeos medindo cerca de 10nm de espessura.
Os principais componentes são lipídios e proteínas.
Os três principais lipídios são: os fosfolipídios,
colesterol e glicolipídios. Os fosfolipídios são
anfipáticos, isto é, possuem uma cabeça polar
hidrofílica que interage fortemente com a água e uma
cauda hidrofóbica que interage, por sua vez, com a outra
porção hidrofóbica da bicamada. Com esta propriedade
anfipática, os fosfolipídios em meio aquoso, formam
espontaneamente uma bicamada planar, pois esta é a configuração
de menor gasto de energia.
A membrana celular dos eritrócitos e também
de outras células, apresenta uma distribuição
assimétrica dos fosfolipídios. Na camada externa da
membrana celular está 75% a 80% do total de fosfolipídios;
estes contém colina e são: fosfatidilcolina e esfingomielina;
o restante, 20% a 25% dos fosfolipídios, está na superfície
interna da membrana celular, e são os aminofosfolipídios:
fosfatidilserina e fosfatidiletanolamina (figura 6.25). |
Figura 6.25 – Disposição
química de membrana normal de eritrócitos com destaques
para fosfolipídeos, proteína integral, colesterol, glicolipídeo
e proteínas hidrofóbicas. |
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Uma molécula lipídica polar, na
superfície de uma membrana, é livre para se mover
no seu próprio lado da bicamada, mas é impedida de
deslocar-se para a superfície do outro lado. A resistência
da bicamada à transferência de lipídios de uma
face da membrana para outra mantém e preserva a assimetria
da bicamada. Esta resistência é causada pela grande
quantidade de energia necessária para empurrar as regiões
polares dos fosfolipídios ao longo da base hidrocarbonada
da membrana. Outros mecanismos envolvidos na estabilidade dos fosfolipídios
são: a) a interação da fosfatidilserina com
proteínas do citoesqueleto celular, como a espectrina e Banda
4.1 e b) a ativa manutenção da orientação
por uma proteína de translocação de fosfolipídios
ATP dependente, a aminofosfolipídio transferase (figura 6.26).
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Figura 6.26 - O eritrócito falciforme
apresenta em sua composição de membrana a exposição
de fosfatidil serina na superfície externa da bicamada, enquanto
que no eritrócito normal a fosfatidil serina está na
superfície interna da bicamada. A exposição da
fosfatidil na superfície externa ocorre durante a desoxigenação
e sua composição química contribui com os processos
de vaso-oclusão pelo aumento da aderência das células
falciformes ao endotélio vascular. |
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A relação entre os lipídios
da camada interna e externa é o maior determinante da forma
discóide dos eritrócitos. O transporte ativo de íons
e água através da membrana é necessário
para manter o equilíbrio de lipídios nas monocamadas,
bem como para recuperar sua forma normal após a deformação.
Alterações na forma dos eritrócitos, tal como
se verifica na falcização, são acompanhadas
de uma troca de relação de área da camada externa
com a camada interna. A reversibilidade da deformação
que um eritrócito sofre, após passar pela microcirculação,
depende de um rápido fluxo de lipídios de uma lado
para outro, implicando que a deformabilidade da célula é
influenciada pela taxa de difusão transversal de lipídios.
A assimetria dos fosfolipídios é
essencialmente conservada por toda a vida da célula, e se
mantém em equilíbrio dinâmico na estrutura da
membrana. Todos os fosfolipídios se difundem passivamente
através da bicamada, em uma taxa lenta. Os aminofosfolipídios
são transportados ativamente pela enzima aminofosfolipídio-transferase,
sendo esta responsável pelo rápido transporte da fosfatidilserina
para a monocamada interna. Em situações em que a atividade
da aminofosfolipídio-transferase está prejudicada,
como ocorre em sangue estocado, não se observa a perda da
assimetria, pois o movimento da fosfatidilserina para a camada externa
é extremamente lento. Entretanto, a perda da assimetria é
observada quando além da alteração na atividade
da enzima, existe também lesão da membrana que pode
ser provocada "in vitro" por cálcio e ionofore,
e "in vivo" pela formação de polímeros
de Hb S. Diante dessas situações, e em particular
do eritrócito falciforme, ocorre a exposição
da fosfatidilserina na superfície externa da bicamada lipo-proteica
da membrana. A exposição da fosfatidilserina contribui
com os processos vaso-oclusivos (figura 6.27), aumentando a aderência
das células falciformes ao endotélio vascular, levando
ao estado de hipercoagulabilidade, infarto tecidual, crises de dores
e lesões crônicas dos órgãos prejudicados.
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Figura 6.27 – Radiografia termográfica
da mão de um paciente com anemia falciforme, mostrando a oclusão
vascular nos dedos e a estagnação de sangue.
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Degradação oxidativa da Hb S
As lesões celulares
causadas por radicais livres derivados de espécies ativadas
de oxigênio (O2•, H2O,
HO) estão associadas com a diminuição da sobrevida
do eritrócito em vários tipos de anemias hemolíticas,
quer sejam de origem adquirida, hereditária, ou induzida
por drogas oxidantes. A produção de espécies
ativadas de oxigênio e a suscetibilidade da oxihemoglobina
à autoxidação relacionam-se com a capacidade
de um elétron do ferro se despolarizar no momento em que
o oxigênio é liberado do grupo heme. Essa suscetibilidade
depende da capacidade estrutural do grupo heme e dos aminoácidos
que o protegem para manter o ferro no estado ferroso e, assim, torna-lo
hábil para se ligar reversivelmente ao oxigênio. Qualquer
modificação no pacote do grupo heme – mesmo
que seja de pequenas dimensões – pode permitir o acesso
de ânions ou moléculas de água para o seu interior
e deslocar um elétron do ferro, fato que resultará
na formação de radicais superóxidos (O2•
ou O - O• ) e de metahemoglobina (figura 6.24).
Em eritrócito normal é comum a ocorrência
de autoxidação espontânea da hemoglobina que
induz a geração de 107 radicais superóxidos
dentro da célula. Esses radicais são facilmente controlados
pelas defesas antioxidantes dos eritrócitos. Qualquer situação
patológica que aumenta a geração de radicais
superóxidos, quer seja pela elevação de estresse
oxidativo ou pelo desequilíbrio das defesas antioxidantes,
acentuará a produção de espécies ativadas
de oxigênio. Entre as principais situações de
patologias eritrocitárias hereditárias destacam-se
a anemia falciforme e as implicações
desses radicais livres na lipoperoxidação da membrana
do eritrócito falciforme, a talassemia maior
no qual o excesso de ferro extracelular e a globina despareada formam
complexos residuais que também lesam a membrana, e a deficiência
de glicose-6-fosfato desidrogenase (G6PD) cuja oxidação
da hemoglobina e conseqüente lesão da membrana se verifica
pela deficiência de mecanismos de detoxificação
do peróxido de hidrogênio (H2O2).
A geração de radicais livres nos
eritrócitos com Hb S ocorre quando a oxi-Hb se muda para
a forma desoxi-Hb (figura 6.24). A liberação do oxigênio
o torna suscetível ao ataque de elétrons que estão
no interior da célula. Para evitar que o oxigênio fique
eletrizado e se transforme em íon superóxido, a enzima
antioxidante superóxido dismutase (SOD) atua no sentido de
transformar o radical superóxido para peróxido de
hidrogênio. O peróxido de hidrogênio, que também
é um radical livre, sofre a ação antioxidante
de outras duas enzimas eritrocitárias: a glutationa peroxidase
(GSH-Px) e a catalase, transformando-o em água. O esquema
abaixo mostra a geração e os efeitos deletérios
dos radicais livres durante a desoxigenção da hemoglobina.
Esse processo é mais intenso quando a Hb S intraeritrocitária
tem concentração superior a 50%. |
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A deficiência hereditária de enzimas
antioxidantes tem sido relatada em diversas populações,
e quando associada especialmente à anemia falciforme contribui
ainda mais na oxidação da Hb S, elevando a formação
de produtos de degradação desta hemoglobina, fatos
que causam a redução da vida média do eritrócito
falcêmico, aumento do grau de hemólise e intensificação
da anemia. Como foi apresentado há pouco, as proteínas
da membrana eritrocitária podem ser alvos dos ataques de
radicais livres quando estes estão dentro ou fora das células
em altas concentrações, desnaturando-as. O acúmulo
de proteínas desnaturadas interfere nas funções
celulares. Vários aminoácidos de importância
para a função protéica são suscetíveis
às lesões causadas pelos radicais livres: metionina,
triptofano, histidina, cisteína e tirosina. As proteínas
lesadas por radicais livres podem dar origem a outros radicais,
notadamente aqueles classificados como espécies ativadas
de oxigênio, e em especial o radical hidroxila (HO) gerado
pelo acúmulo de H2O2 na presença
de ferro proveniente da degradação da Hb S. Entre
os radicais intermediários destacam-se os hidroperóxidos
lipídicos que ao reagirem com o ferro geram os radicais alcoxil
(RO•·) e peroxil (ROO•·).
A geração desses radicais amplificam as lesões
celulares devido aos contínuos processos de novos ciclos
de peroxidação lipídica, resultando na liberação
de alcanos (malonaldeídos) e alquenos (4-hidroxinonenal),
causando lesões irreversíveis nos eritrócitos
falcizados e tendência a deformações morfológicas
com implicações fisiopatológicas. Como se pode
observar, todos os efeitos deletérios dos eritrócitos
com Hb S ocorrem a partir da transformação do estado
oxi-Hb S para desoxi-Hb S, desencadeando três processos fisiopatológicos
caracterizados pela formação de polímeros de
Hb S, degradação da meta-Hb S, e liberação
de espécies ativadas de oxigênio ou radicais livres.
Os produtos e subprodutos provenientes dessas cadeias de reações
atacam a membrana do eritrócito com Hb S, provocando lesões
em sua estrutura que gradualmente reduzem o grau de deformabilidade
tornando-a rígida. As conseqüências advindas da
desestruturação funcional e morfológica do
eritrócito falciforme também estão resumidas
na figura 6.24.
Os aspectos práticos da presente exposição
podem ser fundamentados em resultados de pesquisas obtidos da literatura,
bem como em nosso laboratório. Das e Essman demonstraram
que em pacientes com anemia falciforme os mecanismos antioxidantes
dos eritrócitos estavam defeituosos devido à diminuição
das atividades de glutatião peroxidase (GSH-Px) e catalase,
e aumento dos níveis de superóxido dismutase (SOD).
Similares alterações também foram descritas
em outras doenças que envolvem mecanismos oxidativos, como
são os casos da talassemia beta maior e da deficiência
de G-6PD. Rice-Evans e colaboradores sugeriram que a diminuição
da atividade de GSH-Px poderia ser responsável pela acelerada
peroxidação lipídica da membrana eritrocitária
e, consequentemente, induzir a anemia hemolítica. Essa suposição
foi confirmada em trabalhos posteriores ao demonstrarem que os eritrócitos
sob estresse oxidativo, seja de origem induzida ou constitucional,
apresentam maior grau de hemólise e a sua intensidade está
relacionada com o local em que a célula sofreu a agressão.
Trabalhos realizados em nosso laboratório
mostraram que há direta relação entre o aumento
da concentração de Hb S com a elevação
de metahemoglobina, conforme resultados obtidos em amostras de sangue
com Hb AS, SS e S/Talassemia beta (tabelas 6.5 e 6.6). Observa-se
pela análise da tabela 20 que o nível médio
da concentração de metaemoglobina está aumentado
nos genótipos que tem a presença de Hb S. Por outro
lado, a análise da tabela 21 torna evidente que a oxidação
espontânea da Hb SS e Hb S/ b talassemia
ocorre em mais de 50% dos portadores desses genes, uma vez que a
concentração de metaemoglobina está elevada
acima de 2%. Entretanto, é no genótipo SS que a oxidação
da Hb S é maior, pois, 35,29% dos pacientes analisados apresentaram
concentrações de metaemoglobina superior a 5%. A avaliação
da precipitação de corpos de Heinz em eritrócitos
com Hb S foi efetuada comparativamente com os valores de concentrações
desta hemoglobina (<50%, 51 a 80%, e acima de 80%) e confrontada
com a Hb AA (tabela 6.7). Os resultados caracterizaram com muita
clareza que a presença de corpos de Heinz é mais intensa
quanto maior a concentração de Hb S.
Por essas análises (concentração
de metaemoglobina e corpos de Heinz) é possível avaliar
o potencial oxidativo de determinada amostra de sangue com Hb S.
Quanto maior o potencial oxidativo, maior serão também
as conseqüências fisiopatológicas para as células
falciformes. Assim, os resultados laboratoriais das doenças
falciformes contendo as análises do potencial oxidativo se
mostram como parâmetros eficientes para avaliarem os procedimentos
médicos adequados aos pacientes falcêmicos.
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Tabela 6.5
- Análise descritiva (número de amostras analisadas,
média, mediana, valores mínimo e máximo, desvio
padrão e erro padrão) da concentração
percentual de metaemoglobina (MetaHb) para os genótipos AA,
AS, SS e S/ b tal. |
MetaHb |
Nº |
Média |
Mediana |
Mínimo |
Máximo |
Desvio padrão |
Erro padrão |
GenótiposAA |
78 |
0,71 |
0,39 |
0,00 |
3,60 |
0,90 |
0,10 |
AS |
19 |
1,97 |
2,10 |
0,00 |
3,70 |
1,07 |
0,24 |
SS |
17 |
3,97 |
2,50 |
0,80 |
12,50 |
3,59 |
0,87 |
S/ b Tal |
16 |
3,32 |
3,20 |
0,60 |
10,50 |
2,67 |
0,67 |
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Tabela 6.6
- Distribuição percentual em três faixas de concentração
de metaemoglobina (MetaHb) para os genótipos AA, AS, SS e S/
b tal. |
MetaHb |
0 – 2% |
2 – 5% |
>5% |
Genótipos
AA n
= 78 |
70 (89,74%) |
8 (10,25%) |
0 – |
AS n
= 19 |
9 (47,36%) |
10 (52,78%) |
0 – |
SS n
= 17 |
8 (47,05%) |
3 (17,64%) |
6 (35,29%) |
S/ b Tal n =
16 |
7 (43,75%) |
7 (43,75%) |
2 (12,50%) |
|
 |
Tabela 6.7
- Análise descritiva (número de amostras analisadas,
média, mediana, valores mínimo e máximo, desvio
padrão e erro padrão) da quantidade de eritrócitos
com corpos de Heinz por 1000 eritrócitos analisados e relacionada
com valores percentuais da concentração de Hb S e do
controle (Hb AA). |
Corpos de Heinz |
Nº |
Média |
Mediana |
Mínimo |
Máximo |
Desvio padrão |
Erro padrão |
Zero (Hb AA) |
78 |
1,01 |
1,00 |
1,00 |
2,00 |
0,11 |
0,01 |
Hb S: < 50% |
27 |
4,47 |
1,32 |
1,00 |
40,00 |
7,97 |
1,53 |
Hb S: 51 - 80% |
11 |
13,93 |
10,00 |
10,00 |
33,33 |
7,56 |
1,28 |
Hb S: > 80% |
20 |
22,61 |
12,50 |
4,00 |
100,00 |
27,39 |
6,12 |
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A circulação sangüínea das células falciformes
A circulação sangüínea
de eritrócitos normais envolve quatro compartimentos funcionais
com considerável sobreposição de atividades
e sem fixar delimitações morfológicas. O primeiro
compartimento é composto por vasos condutores, capazes
de suportarem alta pressão sobre suas paredes, como é
o caso da aorta e suas ramificações. Alterações
no estado fisiológico desses vasos geralmente não
mudam a distribuição de sangue entre órgãos,
e também não modificam a circulação.
Esses vasos contribuem para a redução da capacidade
pulsátil da circulação do sangue, bem como
atenuam o fluxo de ejeção sangüínea por
meio da deformação elástica da sua estrutura
(figura 6.28). |
Figura 6.28 – Microscopia eletrônica
de corte transversal de uma artéria. A parede espessa e elástica
dessa artéria suporta a alta pressão do fluxo sanguíneo.
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O segundo compartimento é
formado por arteríolas cujas contrações podem
afetar a circulação e distribuição do
sangue, e definem a pressão capilar pós-arteriolar.
Este compartimento tem paredes vasculares capazes de suportar mudanças
rápidas da pressão arterial (5 a 15 Pa) em frações
de segundos, e de se adaptar ao volume de viscosidade sangüínea
(figura 6.29).
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Figura 6.29 – Microscopia eletrônica
do endotélio (parede interna) de uma arteríola do glomérulo
renal que suporta mudanças rápidas da pressão
arterial e se adapta ao volume da viscosidade sanguínea.
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O terceiro compartimento é
formado por extensa rede de veias capilares e pós-capilares,
com elevada capacidade superficial para suportar o volume de sangue
do sistema circulatório (figura 6.30).
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Figura 6.30 – Microscopia óptica
da rede capilar de uma parte do pulmão. O grande volume de
superfície vascular permite realizar excepcional volume de
troca gasosa de suas paredes. |
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O diâmetro capilar pode ser menor que o
diâmetro de um eritrócito, e requer, por isso, grande
capacidade de deformação desta célula (figura
6.31).
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Figura 6.31 – Figura ilustrativa em dimensões
obtidas pela microscopia eletrônica de varredura de um capilar
extremamente delgado, onde o eritrócito se deforma ara poder
fluir na circulação. |
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O quarto compartimento é
composto por vasos venosos de tamanhos variáveis entre médio
e grande, capazes de suportarem em determinados momentos até
80% do volume total de sangue e exercem baixas pressões sobre
suas paredes (menos de 1 Pa).
A circulação do sangue tem características
especiais conforme variam os diferentes tamanhos de vasos sangüíneos.
Em vasos com diâmetros superiores a 300mm
o fluxo de sangue ocorre com viscosidade moderadamente baixa, e
os eritrócitos se dispõem em grupos agregados (figura
6.28). Por outro lado, o fluxo em capilares sangüíneos
entre 6 e 12mm faz com que as células
se disponham em "fila indiana" (figura 6.32), com intensa
interação entre os eritrócitos com as células
endoteliais que compõem as paredes dos vasos capilares.
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Figura 6.32 – Figura ilustrativa em dimensões
obtidas ela microscopia eletrônica de varredura: (a) em circulação
de baixa velocidade os eritrócitos têm a forma discóide;
(b) em circulação de alta velocidade os eritrócitos
se deformam adquirindo formas que lembram “pára-queda”,
“projétil”, etc. |
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Em circulação com baixa velocidade
nesses vasos, os eritrócitos se apresentam com a forma discóide
(figura 6.32 a), fato que não se observa quando o fluxo sanguíneo
se apresenta em alta velocidade onde os eritrócitos se deformam,
adquirindo a forma de "pára-quedas" (figura 6.32
b).
A circulação sangüínea
de eritrócitos falciformes se destaca inicialmente devido
às desigualdades morfológicas dessas células.
Essa desfiguração eritrocitária influi intensamente
no fluxo sangüíneo da microcirculação
pois, a irregularidade da superfície de contato da célula
falciforme, permite reações químicas interativas
entre os eritrócitos falcêmicos e as células
endoteliais, fazendo-as aderirem ao endotélio vascular. As
conseqüências da aderência é caracterizada
pela vaso-oclusão, com redução do fluxo sangüíneo
nos capilares venosos, causando a estase venosa e hipóxia.
Na realidade essas lesões que acontecem na microcirculação
de vários órgãos e tecidos, determinam um fenômeno
cíclico que, iniciado pela falcização, esse
mesmo processo é continuadamente estimulado pelos seus próprios
efeitos deletérios conforme mostra esquema abaixo.
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Esquema ilustrativo da seqüência das lesões que
ocorrem na microcirculação sangüínea. |
A abrangência orgânica da vaso-oclusão
depende de outras situações que naturalmente se somam,
quais sejam, suscetibilidades a infecções bacterianas
e virais que induzem o aumento de fibrinogênio e estimulam
a aderência da célula falciforme ao endotélio,
eventos que promovem vasoconstrição, e a própria
hipóxia tecidual. É justamente a hipóxia tecidual
que promove a continuidade da desoxigenação de moléculas
de Hb S, agravando ainda mais uma condição circulatória
já desfavorável e lesando os tecidos perfundidos por
esses capilares. Ocasionalmente pode ocorrer oclusão total
dos capilares com trombose, formação de fibrina com
a participação das plaquetas ativadas pela assimetria
anormal da estrutura da membrana do eritrócito falcêmico,
e também ativação dos fatores de coagulação
– propiciando a hipercoagulabilidade. Os tecidos malperfundidos
podem sofrer infartos com necrose e formação de fibrose,
principalmente no baço, na medula óssea e placenta.
Todos esses processos fisiopatológicos são causas
importantes de lesões teciduais agudas –
caracterizadas pelas crises de dores, e crônicas
– situações determinantes do alto grau de morbidade
e mortalidade notadamente na anemia falciforme.
Destaque importante no das doenças falciformes,
e em especial da anemia falciforme, se deve ao conhecimento sobre
a fisiopatologia da vaso-oclusão.
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Fisiopatologia da vaso-oclusão
A vaso-oclusão nas doenças
falciformes pode ser explicada em quatro fases: iniciação,
extensão, lesão e reparo.
Iniciação: é considerada a
primeira fase da obstrução vascular, e se deve ao
envolvimento da célula falcizada com todas as suas alterações
morfo-funcionais relacionadas com a peculiaridade anatômica
dos vasos em que estejam circulando naquele determinado momento.
Dessa forma, as características vasculares associadas às
deformações das células falcizadas, induzem
mudanças profundas que alteram a fisiologia vasomotora bem
como fatores humorais na região anatomicamente afetada, fatos
que influenciam a tendência das células falciformes
aderirem ao endotélio e provocar a oclusão vascular.
Todos esses eventos acima descritos, que ocorrem simultaneamente
ou sucessivamente, atuam como moduladores determinantes na causa
da obstrução vascular. É importante destacar
que o processo vaso-adesivo, determinado pela agregação
das células falciformes entre si, e de suas adesões
ao endotélio vascular, incluem, também, a participação
de plaquetas, leucócitos e fatores hemostáticos. Apesar
de não conhecer com certeza a forma e a intensidade desta
participação, se sabe que a exposição
da fosfatidilserina na superfície dos eritrócitos
falciformes pode ser um fator iniciador ou de manutenção
dos episódios de vaso-oclusão na microcirculação.
Da mesma forma, os neutrófilos ativados pelas alterações
que ocorrem na região em que se processa a fase de iniciação
também se aderem ao endotélio e, além disso,
se torna estruturalmente mais rígido e se unem também
às células falciformes. Os monócitos também
tem importante participação durante a oclusão
vascular devido aos processos interativos com as células
endoteliais da região, com intensa síntese de TNF-a
(fator de necrose tumoral-a), IL-1 (interleucina-1)
e TGF-b (fator de crescimento de células
T-b). Esse fenômeno interativo
induz as células endoteliais a liberarem IL-1 e IL-6, além
de GM-CSF (fator estimulador de granulócitos e macrófagos).
Essas citocinas (IL, GM-CSF, TNF e TGF) tem grande influência
na síntese de anticorpos e de outros fatores humorais responsáveis
pela febre, choque, etc. Os efeitos clínicos decorrentes
dos processos vaso-oclusivos serão apresentados no item específico
deste capítulo. A iniciação de um episódio
de oclusão vascular também pode ocorrer como consequências
de alterações que ocorrem no tono vascular, possivelmente
resultante de mudanças nas reações que controlam
os mecanismos metabólicos e neuro-hormonais, potencialmente
induzidos por infecção ou inflamação,
que anulariam os ajustes hemodinâmicos compensatórios
necessários para o fluxo das células falciformes.
Extensão: a modificação do
fluxo sangüíneo no vaso obstruído pelas células
falciformes agregadas e aderentes ao endotélio vascular promove
a extensão dos eventos vaso-oclusivos, quer seja próximo
ou distante do foco de iniciação.
Lesão: as doenças falciformes, e
em especial a anemia falciforme, são caracterizadas por episódios
periódicos de eventos vaso-oclusivos, que ao longo do tempo
causam lesões em vários órgãos do abdome,
pequenos ossos da mão e pé, grandes ossos, coluna,
articulações, vasos cerebrais, pulmões e baço,
principalmente.
Reparo: embora os múltiplos processos de
lesões vaso-oclusivas têm efeitos progressivos em vários
órgãos e, antes que muitos deles entram em falência
fisiológica, ocorrem mecanismos de reparos no nível
celular. Esses mecanismos estão relacionados principalmente
com a qualidade da saúde de cada paciente, admitindo-se,
portanto, que esses reparos podem ser eficientes ou insuficientes.
A oclusão vascular promovida pelas células falciformes
é uma situação que ocorre quando a concentração
intracelular da Hb S é superior a 40%. Assim, é um
processo quase comum entre os genótipos que caracterizam
a doença falciforme: SS, SD, S/talassemia beta, SS/talassemia
alfa, SC, e SS/PHHF. No traço falciforme, a oclusão
e adesividade das células falciformes, é uma situação
extremamente difícil de ocorrer. Entretanto, pelo fato da
medula renal ser sempre acidótica, hipóxica e com
hiperosmolaridade, essas condições favorecem a polimerização
da Hb S, mesmo para os genótipos com concentrações
abaixo de 40% como é o caso da Hb AS, principalmente. Muitas
vezes, essas situações localizadas induzem os eritrócitos
com Hb AS a se deformarem e causam, principalmente, a hipostenúria
e, ocasionalmente, a hematúria. |
Aderência da célula falciforme ao endotélio
Pesquisas realizadas por Hebell
e colaboradores ao longo de quase dez anos, demonstraram que as
células falciformes tem aderência anormal ao endotélio.
Contribuem, para este fato, a exposição de fosfatidilserina
na membrana do eritrócito, a densidade celular, e a presença
de compostos químicos mediadores da aderência ao endotélio
vascular. A exposição da fosfatidilserina já
foi apresentada neste capítulo. Com relação
à densidade celular, se sabe que como conseqüência
da desidratação celular, existe uma heterogeneidade
das células falciformes que podem ser demonstradas por meio
da centrifugação em gradientes de densidades. A densidade
das células falciformes é determinada pela concentração
de hemoglobina corpuscular média (CHCM), onde a maior concentração
de Hb S determina maior gradiente de densidade. As células
com densidade alta são referidas como células densas.
Podem ser definidas quatro categorias de células baseadas
no gradiente de densidade por centrifugação. As quatro
categorias de células falciformes, ou SS, são as seguintes:
1) Células SS 1 – reticulócitos
2) Células SS 2 – células com a forma discóide
3) Células SS 3 – células discóides
densas
4) Células SS 4 – células falciformes irreversíveis
A figura 6.34 mostra num mesmo campo microscópico as células
SS 2, SS 3 e SS 4. |
Figura 6.34 - Microscopia óptica de esfregaço
obtido de amostra de sangue com diagnóstico de anemia falciforme
(a) células com Hb S na forma discóide – SS 2;
(b) --- momento inicial da polimerização caracterizada
pela condensação de Hb S numa parte da célula
discóide densa – SS 3; (c) célula falciforme irreversível
– SS 4. |
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Cada uma dessas categorias de células tem
características morfológicas e propriedades distintas,
contribuindo de forma diferente com a vaso-oclusão e hemólise.
As células falciformes aderem exclusivamente ao endotélio
venular e a aderência é inversamente relacionada ao
diâmetro da vênula. Estudos com cultura de células
endoteliais mostraram que, quanto maior a densidade do eritrócito
falciforme, maior será o seu potencial de aderência.
Porém, os estudos com as células durante o fluxo sangüíneo,
mostraram que a aderência ao endotélio está
inversamente relacionada ao CHCM. Assim, o processo de vaso-oclusão
é iniciado com a aderência de células de baixa
densidade ao sistema venular pós-capilar, diminuindo o fluxo
sangüíneo local, e facilitando a aderência de
células falciformes irreversíveis.
Os mecanismos biológicos que promovem a
iteração das células falciformes com as células
endoteliais diferem entre os tipos de endotélio. As células
falciformes se aderem às células endoteliais por meio
da superfície de antígenos CD 36 e CD 44, integrinas
e outros componentes específicos da membrana do eritrócito
falciforme. Proteínas plasmáticas como o fator de
von Willebrand (vWF), trombospondina (TSP), fibrinogênio (FB)
e fibronectina (FN) como intermediários, fazem a célula
falciforme interagir com moléculas das células endoteliais
como a laminina, glicoproteína Ib (GPIb), integrinas, molécula
de adesão celular-vascular (VCAM) e receptor Fc (Fc-R) conforme
mostra a figura 6.35.
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Figura 6.35 - Possíveis interações
entre a Célula Endotelial e a Célula Falciforme. GPIb
(glicoforina Ib); vWF (Fator de von Willebrand); VCAM (molécula
de adesão célula vascular); FcR (receptor Fc); LM (laminina);
Ig (Imunoglobulina); TSP (trombospondina). Em amarelo estão
representados os fatores plasmáticos que interagem com a célula
endotelial e a célula falciforme. |
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A gravidade da doença foi relacionada com
a capacidade dos eritrócitos falciformes aderirem à
camada superficial das células endoteliais. A adesividade
dos eritrócitos falciformes permanece inalterada durante
os episódios de dores agudas, exceto quando influenciada
por qualquer mudança nas subpopulações de eritrócitos.
Ao finalizar este item, é importante destacar que trabalhos
recentes demonstraram que há uma formação diferenciada
do endotélio de pessoas com doenças falciformes em
relação ao endotélio de pessoas com Hb AA,
e certamente este fato é determinante para a adesividade
das células falciformes.
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