Ultraestrutura da unidade alveolocapilar

Os ramos da artéria pulmonar seguem as vias aéreas e seus ramos bronquiais acompanhantes no interior de uma única bainha de tecido conjuntivo denominada feixe broncoarterial ou broncovascular. A artéria pulmonar transforma-se em um leito capilar apenas quando alcança os alvéolos do bronquíolo respiratório. Essa artéria supre todos os capilares da parede alveolar, a qual constitui a superfície respiratória do pulmão.

Veias

Todo o sangue intrapulmonar drena para as veias pulmonares. As veias estão na periferia das unidades – ácino, lóbulo ou segmento. As veias recebem tributárias provenientes da rede capilar alveolar, da pleura e das vias aéreas.

Anastomose pré-capilar

A artéria pulmonar, os ramos arteriais bronquiais e, consequentemente, os lados direito e esquerdo do coração comunicam-se através do leito capilar da região do bronquíolo respiratório e do leito venoso intrapulmonar. Existem anastomoses artéria pulmonar-ramo bronquial nas paredes das vias aéreas maiores, mas normalmente estão fechadas. Elas se abrem quando o fluxo de sangue é interrompido em um dos sistemas e em certos estados mórbidos, como na malformação arteriovenosa pulmonar.

Ultraestrutura da unidade alveolocapilar

FIGURA 1-27

A composição celular da unidade alveolocapilar só foi identificada na era da microscopia eletrônica. Antes disso, acreditava-se que uma única membrana separava o sangue do ar no nível do espaço aéreo terminal. Sabemos agora que mesmo a parte mais estreita da barreira entre o sangue e o ar é composta de pelo menos dois tipos de células (a célula epitelial alveolar de tipo I e a célula endotelial) e de material extracelular, ou seja, do revestimento surfactante da superfície alveolar, das membranas basais e da camada que cobre a superfície endotelial. Esta última é composta de mucopolissacarídios e proteoglicanas (ou glicocálice) que podem estar envolvidos na transdução de sinais, inclusive na mecanotransdução e na

força de cisalhamento presente na superfície endotelial. A Figura 1-27 mostra parte de um espaço aéreo terminal e cortes transversais de capilares circundantes. Nos humanos, o diâmetro dos alvéolos varia de 100 a 300 μm. Os segmentos de capilares têm um diâmetro muito menor (10-14 μm) e podem estar separados uns dos outros por distâncias até menores. Cada alvéolo (há 300 milhões de alvéolos nos pulmões de um humano adulto) pode estar associado a até 1.000 segmentos de capilares.

A barreira celular existente entre o sangue e o ar apresenta uma enorme área de superfície para o ar de um lado e para o sangue do outro ( ∼70m2 para ambos os pulmões). Dada a escassez de organelas, é provável que as células desse local desempenhem papéis predominantemente passivos nos eventos fisiológicos e metabólicos envolvidos no manejo dos substratos transportados pelo ar e pelo sangue.

Células epiteliais de tipo I revestem 95% do alvéolo. O restante é revestido por células poligonais tipo II, maiores. Esses dois tipos de células formam uma camada epitelial completa e estão unidos por junções oclusivas. A camada de células que reveste os alvéolos é bastante impermeável a soluções que contêm sal, mas pouco se sabe sobre as atividades metabólicas específicas das células alveolares de tipo I. Evidências crescentes sugerem um papel mais importante na manutenção da homeostase alveolar que o previamente cogitado, evidenciado pela expressão de um grande número de proteínas, como a aquaporina (AQP-5), a T1α, os canais funcionais para íons, as caveolinas, os receptores de adenosina e os genes resistentes a múltiplas drogas. Há muito se sabe que as células de tipo II e as células endoteliais desempenham papéis ativos na função metabólica do pulmão ao produzir surfactante e ao processar substâncias vasoativas circulantes, respectivamente. Além disso, uma pesquisa recente apontou papéis mais complexos para esses dois tipos de células.

Células alveolares e camada ativa da

superfície

Conforme ilustrado na Figura 1-28, além de ser maior, a célula alveolar de tipo II distingue-se da célula alveolar de tipo I por ter projeções curtas e rombas na superfície alveolar livre e corpos de inclusão lamelares. As origens intracelulares dos corpos lamelares (CLs) e o mecanismo exato do transporte de lipídios para o interior deles não são bem conhecidos, embora a translocação de lipídios através da membrana do corpo lamelar (CL) seja facilitada pela subfamília ABCA de transportadores com cassete de ligação ao trifosfato. O CL contém o componente fosfolipídico do surfactante e dois pequenos peptídios hidrofóbicos – SP-B e SP-C – que são coliberados da célula de tipo II por um processo similar à exocitose. Há dois outros componentes do surfactante (as grandes proteínas hidrofílicas SP-A e SP-D) que são sintetizados e liberados independentemente dos CLs.

FIGURA 1-28

Depois de liberado para o espaço aéreo, o surfactante forma uma monocamada lipídica sobre a superfície alveolar, a qual reduz significativamente a tensão superficial. Embora a produção, a liberação e a reutilização do surfactante sejam funções cruciais das células de tipo II, sabe-se agora que essas células têm muitas outras funções, que incluem a repopulação de células de tipo I, a depuração, o reparo, a migração para áreas lesadas do pulmão e a defesa do hospedeiro (inclusive a expressão de receptores Toll-like). As células de tipo II também secretam e respondem a uma variedade de citocinas e quimiocinas, e foi constatado que regulam a transmigração de monócitos através do epitélio.

Os macrófagos alveolares são células migratórias. Depois da fixação do tecido pulmonar para microscopia, essas células geralmente são vistas livres no espaço alveolar ou estão intimamente aderidas à superfície das células de tipo I. Os macrófagos alveolares são caracterizados por projeções citoplasmáticas irregulares e por um grande número de lisossomos, desempenhando importante papel nos mecanismos de defesa dos pulmões.

Com frequência, os componentes celulares da barreira sangue-ar consistem apenas em prolongamentos extremamente achatados de células endoteliais e de células alveolares de tipo I. Em outras regiões, a parede contém células musculares lisas, pericitos, fibroblastos e células mononucleares esparsas (inclusive plasmócitos). Nos humanos, as células musculares lisas são encontradas em torno da abertura do alvéolo. Pericitos incrustados na membrana basal são encontrados ao redor dos capilares dos alvéolos pulmonares, mas com menos frequência que nos capilares sistêmicos. Os pericitos caracterizam-se por ter processos citoplasmáticos finamente ramificados que aproximam as células endoteliais e uma rede de filamentos citoplasmáticos que corre ao longo da membrana perto do endotélio. Os pericitos podem ser distinguidos dos fibroblastos, porque estes últimos não estão presos a uma membrana basal.

Estrutura da célula endotelial

A Figura 1-29 mostra detalhes da ultraestrutura das células endoteliais dos capilares pulmonares. O endotélio é do tipo contínuo (não fenestrado) e, com frequência, suas células estão unidas por junções oclusivas. As células do epitélio alveolar e as células endoteliais dos capilares alveolares são excepcionalmente interativas e altamente codependentes quando do desenvolvimento dos pulmões. As características ultraestruturais da célula endotelial dos capilares estão em concordância com os principais papéis desempenhados por essa célula, ou seja, ser uma barreira para líquidos e facilitar a transferência de gases. A porção mais espessa da célula está próxima do núcleo, e é o local onde está a maior parte das organelas citoplasmáticas, como as mitocôndrias, o complexo golgiense, o retículo endoplasmático granuloso, os corpos multivesiculares, os microtúbulos, os microfilamentos e os corpos de Weibel-Palade. Por outro lado, os prolongamentos mais delgados e mais periféricos dessas células são praticamente desprovidos de organelas e, em algumas regiões, podem ter apenas 0,1 μm de largura.

FIGURA 1-29

Um conjunto cada vez maior de evidências indica que o endotélio desempenha um grande número de papéis fisiológicos importantes no nível alveolar, muitos dos quais parecem ser mediados pelas cavéolas intracelulares. As cavéolas são um subgrupo de balsas lipídicas da membrana que se apresentam como invaginações em forma de balão de vidro (de laboratório) da membrana plasmática. Quando a membrana da célula endotelial do capilar pulmonar é submetida a criofratura, as cavéolas aparecem como fossetas na superfície interna da fratura e como cúpulas na superfície externa da fratura. Partículas intramembranosas de cerca de 80 a 100Å de diâmetro estão espalhadas ao acaso em ambas as superfícies, exceto nas cavéolas, onde aparecem em anéis ou placas. Esses anéis correspondem à borda do “esqueleto” vista em cortes finos. As partículas intramembranosas também aparecem nas superfícies curvas da membrana da cavéola.

As cavéolas contêm as proteínas caveolinas, que atuam como centros organizadores para a transdução de sinais. As proteínas caveolinas têm extremidades citoplasmáticas amino e carboxiterminais, sítios de palmitoilação e um domínio scaffolding (um domínio estruturante) que facilita a interação com as moléculas de sinalização. As cavéolas estão envolvidas em uma grande variedade de eventos relacionados com o transporte celular, inclusive a transcitose e o tráfego do colesterol. Muitas das cavéolas intracelulares estão voltadas ao lúmen vascular, mas também são encontradas na superfície abluminal na forma de vesículas, aumentando muito a superfície do endotélio. O estoma luminal da cavéola é coberto por um diafragma delicado composto de uma única lamela (em contraste com a membrana plasmática das células endoteliais e com a membrana da própria cavéola) que ajuda a criar um microambiente especializado no interior da cavéola.

Além das cavéolas, a superfície da célula endotelial tem numerosas projeções digitiformes, que são mais bem visualizadas por meio da microscopia eletrônica de varredura. O tamanho (250-350nm de diâmetro; 300 a ≥ 3.000nm de comprimento) e a densidade das projeções são tais que podem impedir que os elementos figurados do sangue se aproximem da superfície endotelial e têm o efeito de orientar um fluxo em redemoinho de plasma ao longo das células. A função dessas projeções não é totalmente conhecida, mas elas aumentam muito a área da superfície celular que interage com os elementos solúveis do sangue.