Hemoglobinopatias

Escrito por David Mendes - Acadêmico de Medicina da UFCSPA.

Revisado por Cyntia Alencar Fin - Professora de Bioquímica da UFCSPA.

O que são hemoglobinopatias? Como o próprio nome nos sugere, são doenças que afetam a hemoglobina, quantitativa ou qualitativamente. São doenças genéticas e hereditárias que normalmente levam a produção defeituosa das cadeias polipeptídicas que compõem a hemoglobina. Antes de iniciar a discussão sobre hemoglobinopatias, contudo, vamos relembrar algumas características da hemoglobina

A hemoglobina

As globinas são uma família de proteínas que ligam-se ao oxigênio. A hemoglobina é uma das quatro globinas humanas conhecidas. A hemoglobina está presente nas hemáceas e transporta quase todo o oxigênio (O2) do sangue total. No sangue arterial, a hemoglobina está aproximadamente 96% saturada com o oxigênio. Já, no sangue venoso, ela está apenas cerca de 64% saturada.

A hemoglobina A (HbA), a principal hemoglobina em adultos, é uma proteína globular tetramérica, formada por quatro subunidades ou cadeias polipeptídicas: duas cadeias α, α1 e α2, contendo cada uma 141 resíduos de aminoácidos, e duas subunidades ou cadeias β, β1 e β2, contendo cada uma 146 resíduos de aminoácidos. As cadeias estão ligadas em dímeros α-β (α1β2 e α2β1). Cada subunidade possui um grupo heme, um tipo de grupo prostético em anel (protoporfirina IX) à qual se liga um átomo de ferro no estado ferroso (Fe2+). Um grupo prostético é um composto associado permanentemente à estrutura da proteína, diferente do aminoácido e que contribui para a sua função. O átomo de ferro tem seis ligações de coordenação, sendo quatro com os átomos de nitrogênio do anel de porfirina e duas ligações perpendiculares ao anel, uma delas é ocupada pelo nitrogênio do radical –R de um resíduo de Hys, enquanto a outra é sítio de ligação para o O2. As ligações com os átomos de nitrogênio do anel ajudam a prevenir a conversão de ferro do estado ferroso (Fe2+) para a férrico (Fe3+), que não liga o O2. Uma vez que a hemoglobina possui quatro subunidades, ela consegue transportar quatro moléculas de O2.

A hemoglobina ocorre sob duas conformações principais, de acordo com sua afinidade pelo O2. Quando ela está carregando o O2 do pulmão aos tecidos, na forma de oxiemoglobina, dizemos que sua estrutura quaternária está sob a conformação R (ou estado R), relaxada, que tem maior afinidade ao O2. Contudo, quando ela passa pelos tecidos periféricos, tornando-se desoxiemoglobina, dizemos que sua estrutura quaternária passa para a conformação T (ou estado T), tensa, com menor afinidade ao O2.

Quando a hemoglobina está sob a forma T e recebe o primeiro O2 no pulmão, este inicia um processo de alteração da conformação tridimensional, fazendo com que a ligação com as demais moléculas de O2 seja cada vez mais intensa. Cada ligação com o O2 contribui para mudar a hemoglobina, antes sob a forma T, para a forma R. Esse efeito é chamado de efeito cooperativo positivo. Embora o O2 ligue-se à hemoglobina nos dois estados, R e T, ele possui mais afinidade pelo estado R. A ligação com o O2 estabiliza a hemoglobina no estado R. Neste processo de desencadeamento de mudança do estado T para o R, alguns pares iônicos que estabilizam o estado T são rompidos e alguns novos são formados. O estado T é estabilizado por um número maior de pares iônicos, localizados, especialmente, nas interfaces α1β2 e α2β1. Parece haver mudanças na posição nas cadeias laterais de resíduos de aminoácidos importantes que circundam o heme. Essa mudanças promovem ajustes nos pares iônicos na interface αβ.

É importante destacar que a hemoglobina também carrega, o H+ e o CO2 e estes influenciam fortemente na sua ligação com o O2. O CO2 produzido na respiração celular é transformado, na hemácia, em H+ e HCO3- pela enzima anidrase carbônica. A medida que os tecidos produzem CO2, ocorre, pela ação da anidrase, liberação de H+, que são transportados pela hemoglobina em uma concentração inversamente proporcional a de O2. Assim, depreende-se que a liberação de H+ reduz a afinidade de hemoglobina pelo O2. Da mesma forma, conforme o H+ é reunido ao HCO3- para liberação de CO2 nos pulmões, o pH da célula aumenta e a hemoglobina torna-se mais afim pelo O2. A esse efeito se dá o nome de Efeito Bohr.

O H+ pode ligar-se a qualquer um dos vários resíduos de aminoácidos na hemoglobina, sendo que o resíduo Hys146 (Hys HC3) das subunidades β, ao formarem um par iônico com os resíduos Asp94 (Asp FG1), auxiliam na estabilização do estado T. Conforme a concentração de H+ aumenta, a protonação da Hys146 promove a liberação do O2 devido ao favorecimento de estado T.

A hemoglobina também liga-se ao CO2 de forma inversa à ligação com o O2. O CO2 liga-se como carbamato ao grupo α-amino da extremidade amino-terminal de cada globina, formando carbaminoemoglobina. Esta reação produz H+, contribuindo para o efeito Bohr. Os carbamatos contribuem para a estabilização do estado T. Nos tecidos, a pCO2 é alta e o CO2 liga-se à hemoglobina, reduzindo a afinidade da proteína pelo O2, causando, desta forma, a sua liberação. Nos pulmões, a elevada pO2 promove aumento da afinidade da hemoglobina pelo O2 e o CO2 é liberado da molécula proteica.

A regulação da ligação da hemoglobina ao O2 não ocorre aleatoriamente. Esta ligação é regulada pelo 2,3-bisfosfoglicerato, um composto produzido em altas concentrações pelas hemáceas, durante o metabolismo da glicose. Ele se liga à hemoglobina no estado T, na cavidade entre as subunidades β, estabilizando a hemoglobina na forma T e reduzindo, portanto, a afinidade desta pelo O2. O 2,3-bisfosfoglicerato exerce importante papel no transporte de O2 de acordo com a pO2. Este efeito é fundamental para a adaptação do ser humano a diferentes condições atmosférica e disponibilidades de O2. Se alguém viaja a um local de grande altitude, onde a pO2 é mais baixa, rapidamente a quantidade de 2,3-bisfosfoglicerato aumenta no sangue. Este aumento influencia na liberação de O2 pela hemoglobina nos tecidos, evitando situações de hipóxia.

É importante lembrarmos, também, que não é apenas ao O2 e ao CO2 que a hemoglobina pode se ligar. Na condição de combustão incompleta de hidrocarbonetos e outros compostos, ocorre a formação de CO. O CO em si é altamente tóxico ao ser humano por ele possui muita afinidade pela hemoglobina, com a qual forma a carbóxi-hemoglobina, composto altamente estável. Esta ligação não é desfeita, ou seja, o CO inalado só é eliminado pelo corpo com a reciclagem e a degradação das hemácias.

Como a hemoglobina é uma molécula protéica, devemos lembrar de um importante detalhe sobre as proteínas: para que elas exerçam sua função plenamente, elas devem estar na conformação correta (conformação nativa), todos os seus níveis devem estar preservados. Neste caso, a hemoglobina deve estar corretamente organizada em suas estruturas primária, secundária, terciária e quaternária para que possa exercer sua função.

Quando há alguma mutação no gene que codifica a estrutura primária da hemoglobina, ele dará origem a uma molécula defeituosa que não poderá exercer sua função. Lembrando que a mutação ocorrendo no gene, leva à codificação de uma ordem diferente de aminoácidos, que não terá as características físico-químicas necessárias para formar os arranjos tridimensionais que originarão a molécula de hemoglobina normal. Em geral, é neste momento, na transcrição gênica da proteína da hemoglobina, que as hemoglobinopatias se fazem presente

Nos humanos, a hemoglobina ocorre em diversas formas, mas há duas principais. Uma delas é a forma sobre a qual estamos falando desde o início do texto, chamada hemoglobina A (ou HbA), composta por duas cadeias alfa e duas cadeias beta, que está presente em 90% dos adultos normais. Durante a vida embrionária, possuímos outras formas de hemoglobina, que se subdividem em hemoglobina de Gower 1 (com duas cadeias ξ e duas cadeias ε), Gower 2 (duas α e duas ε) e de Portland (duas ζ e duas γ). No feto, a hemoglobina prevalente é a forma F (HbF), cuja composição é duas cadeias α e duas cadeias γ. Quando nascemos, nosso sangue é composto de HbF, que é substituída ao longo de nosso desenvolvimento pela HbA. Acredita-se que até os seis meses de idade, a HbF corresponde a apenas 2% da hemoglobina total.

Entrando, enfim, na discussão das hemoglobinopatias, estas são um grupo heterogêneo de mais de 100 doenças hereditárias, com mais de 1.000 diferentes alelos mutantes caracterizados em nível molecular, responsáveis por alterações na estrutura ou síntese das moléculas de globina. As hemoglobinopatias têm padrão de herança autossômico recessiva e são a desordem genética mais comum nos seres humanos, acometendo-se cerca de 7% da população mundial. Vamos agora discutir esses dois grandes exemplos de hemoglobinopatias, anemia falciforme e talassemias.

A Anemia Falciforme

A hemoglobinopatias mais comum no Brasil é a anemia falciforme, sendo que o gene mutante nesta doença é oriundo da África. Devido à história do país, este gene está bastante presente nos estados onde há grande presença de descendentes africanos.

A anemia falciforme ocorre devido a uma mutação no gene da β-globina, na qual o Glu (aminoácido carregado negativamente) é trocado por Val (aminoácido apolar) na posição 6 das cadeias β. A cadeia β mutante é designada βs, a hemoglobina resultante, α2βs2, é denominada HbS. Como consequência desta substituição, a cadeia βs possui duas cargas negativas a menos e maior ponto de contato hidrofóbico. Devido à interação entre os resíduos de Val das cadeias βs das HbS desoxigenadas, formam-se agregados protéicos que, por sua vez, precipitam como filamentos tubulares (A HbA, é solúvel tanto na forma oxi, quanto na forma desoxi). Esta rede de polímeros fibrosos leva a uma alteração da forma da hemácia, agora mais rígida, de discoidal à falciforme (daí o nome). Como consequência do formato da hemácia, o sangue fica mais viscoso e o baço sequestra cronicamente as células, fazendo hemólise e levando à anemia hemolítica crônica (a hemácia de um paciente com anêmica falciforme tem uma vida média de 20 dias).

Um ponto importante para destacar quanto à anemia falciforme é que esta condição clínica se refere aos indivíduos portadores do gene em homozigose. Ou seja, os indivíduos heterozigotos são chamados portadores do traço falcêmico, por conterem tanto HbA quanto HbS, e somente apresentarão o quadro clínico em situações de hipóxia e/ou acidose muito intensas. Verificou-se que o alelo dos indivíduos heterozigóticos confere resistência à malária, resultando em uma população de alelos que equilibra os efeitos deletérios da condição homozigótica com a resistência à malária da condição heterozigótica. A malária é uma doença causada pelo parasita Plasmodium falciparum, um microrganismo que desenvolve parte de seu ciclo de vida na hemácia. A resistência à malária pode ser atribuída ao reduzido tempo de vida médio das hemácias dos pacientes com anemia falciforme.

Epidemiologicamente, a anemia falciforme distribui-se no Brasil bastante heterogeneamente, mas em maior proporção nos estados do norte e nordeste, e em menor, nos estados do sul. Na Bahia, a prevalência do traço falciforme é de 5,3%, enquanto que no Rio Grande do Sul é de 2%. Acredita-se que no estado baiano, um em casa 650 indivíduos é portador de anemia falciforme.

A anemia falciforme é dolorosa e pode levar o paciente ao óbito. As manifestações clínicas da doença são bastante variáveis e surgem a partir do primeiro ano de vida. Os principais sinais e sintomas da doença são anemia hemolítica crônica, episódios dolorosos recorrentes e lesão aguda e crônica dos órgãos devido às hemácias mais longas e com morfologia anormal que bloqueiam e danificam a microvasculatura. Este bloqueio leva à interrupção do suprimento de O2 e, como consequência, à anoxia no tecido, causando dor e até infarto das células vizinhas ao bloqueio. A anoxia leva a um aumento da HbS desoxigenada que podem aderir à parede do vaso, ao invés de ajustar a sua forma para mover-se dentro dele. Este é o principal fator de morte prematura dos pacientes.

Não há, atualmente, um tratamento específico para anemia falciforme, mas normalmente se tenta educar a família da criança sobre profilaxia, para evitar que o quadro se agudize. Um exemplo é ensinar os pais a fazer a palpação do baço para identificar quando ele está aumentado de tamanho (condição relacionada ao sequestro esplênico). Além disso, quando o paciente sente dor, deve-se indicar o uso de compressas quentes, de maneira a provocar vasodilatação para melhorar o fluxo sanguíneo, bem como uso de analgésicos. É muito comum fazer transfusões sanguíneas intermitentes como uma forma de se evitar eventos aterotrombóticos, como AVC isquêmicos, pois com a transfusão se diminui as chances de se formar aglomerados de hemácias falcêmicas.o.

As Talassemias

As talassemias são um conjunto de doenças hematológicas de hereditariedade autossômica recessiva associado a mutação dos genes das globinas humanas que resultam na diminuição ou na total ausência de síntese de globina. Ou seja, as talassemias causam aumento desproporcional de uma cadeia de globina, seja a α ou a β, levando a um desequilíbrio das subunidades da hemoglobina. Quando não são produzidas cadeias de globinas refere-se à talassemia como α0 ou β0, e quando há síntese reduzida diz-se talassemia α1 ou β1. O quadro clínico destas anemias é bastante variado, bem como o estímulo a seu desenvolvimento.

Normalmente, quando a mutação ocorre no cromossomo 16, afetando o gene codificador da α-globina, diz-se que ocorre α-talassemia. Cada cromossomo 16 possui dois genes desta globina, o que permite que esta talassemia tenha quatro subtipos. Se uma cópia do gene está deletada, o tamanho e a concentração de hemoglobina no sangue é levemente reduzido. Ao indivíduo portador desta mutação se dá o nome de “portador silencioso”, pois ele possui a alteração, sem que ela lhe cause danos. Por outro lado, se duas cópias do gene estão deletadas, as hemácias sofrem grande diminuição de tamanho, com baixa concentração de hemoglobina, mas sem que o indivíduo se mostre anêmico. Este quadro é característico do “traço α-talassêmico”, caracterizado pela normalidade clínica, embora o paciente reclame de cansaço, fadiga e dores nas pernas.

Caso haja perda de três genes, desenvolve-se o quadro de Doença da HbH, ocorrerendo anemia severa, do tipo microcítica e hipocrômica, junto de esplenomegalia por aumento da degradação de hemácias. A ausência total de genes da α-globina, com deleção dos quatro genes, é fatal ainda no período embrionário, levando ao aborto, condição esta chamada de hidropsia fetal.

Quando a mutação ocorre no cromossomo 11, em vez do 16, o gene afetado pode ser o codificador da β-globina, ocorrendo então a β-talassemia. Este tipo de talassemia é bastante heterogêneo e são divididos em diversos subtipos sendo que os casos de heterozigose são mais comuns. Os tipos β0 e β+ são chamados talassemia menor e tendem a ser assintomáticos, embora possa haver anemia microcítica e hipocrômica em alguns casos. As formas homozigotas β+/ β+ e β0/ β0 são caracteristicamente mais severas, cursando com anemia microcítica hipocrômica, esplenomegalia severa e inclusive icterícia por aumento de bilirrubina indireta.

Em termos gerais, as β-talassemias tendem a ser mais severas que as α-talassemias. A forma HbH, com falta de cadeias α, tende a precipitar na hemácia com o tempo, de acordo com a idade desta célula. Quando há falta de cadeia β, contudo, a hemoglobina precipita instantaneamente, levando a um processo chamado de eritropoiese inefetiva, e a danos severos à membrana plasmática do eritrócito.

Nas talassemias, quando globinas não estão fazendo parte dos tetrâmeros para formar a hemoglobina, elas são insolúveis e precipitam. Assim, quando há um gene defeituoso e não há produção adequada e proporcional dos dois tipos de globina, um destes acaba ficando sem ligante na tetramerização e acumula no citoplasma da hemácia. Quando estas hemácias, no processo de eritropoiese, são identificadas, elas são destruídas. Com a progressão desta destruição, o indivíduo desenvolve um quadro de anemia hemolítica grave.

Tal como se descobriu a origem do gene da anemia falciforme, os genes das síndromes falcêmicas surgiram e descendem de regiões da Europa e Ásia, ao redor do Mar Mediterrâneo. No Brasil, portanto, a maior incidência de síndromes falcêmicas é onde o país recebeu maior quantidade de imigrantes italianos e alemães, o que configura uma baixa incidência.

Assim como as anemias falciformes, as talassemias também variam bastante no quadro clínico e a gravidade da síndrome é influenciada muito pela quantidade de genes afetados pela mutação, bem como pela forma herdada, mono ou heterozigótica. O tratamento das talassemias se baseia em transfusões sanguíneas seguidas e manejo da quantidade de ferro no organismo, para evitar sobrecarga.

Em termos gerais, as hemoglobinopatias são doenças que podem desenvolver um quadro bastante importante e severo de anemia hemolítica crônica. Afetando normalmente crianças e recém-nascidos, estas doenças ascendem uma forte discussão sobre a importância de diagnóstico precoce, bem como de acompanhamento das famílias. Além disso, deve-se ter em mente que, como estas doenças ocorrem em cromossomos diferentes, não é impossível haver um indivíduo portador de mais de um tipo de hemoglobinopatia.

Atualmente, o Sistema Único de Saúde brasileiro cobre transplante de medula óssea em casos de anemia falciforme. Esta é a única forma de curar esta doença, uma vez que os eritroblastos mutantes são substituídos por novas células tronco saudáveis. Contudo, uma vez que a dificuldade de se encontrar doadores compatíveis para medula óssea, é imprescindível que se faça aconselhamento genético para as famílias com crianças portadoras das doenças, de maneira que saibam mais sobre a doença e que possam se planejar quanto aos futuros filhos.

M.A., feminina, 8 meses, cor negra.

A mãe a traz à Unidade Básica de Saúde de Salvador, Bahia, relatando que a filha demonstra sinais de dor e constipação.

M.A. é a mais nova entre 3 irmãos. Nenhum mostra sinais semelhantes e não há patologia familiar conhecida.

Ao exame, M.A. mostra-se ofegante, com abdômen dilatado na região do hipocôndrio esquerdo, compativel com esplenomegalia. Paciente em estado geral regular, com mucosas hipocoradas e úmidas.

Pedindo-se exame de sangue, todos os dados do eritrograma encontravam-se alterados em relação ao nível considerado normal para a idade.

Investigando-se a saúde da família, descobre-se que a mãe de M.A. teve um irmão que faleceu ao um ano de idade devido a forte anemia e ela mesma relata que, sempre que faz exames de sangue, o médico a informa que está com anemia e a receita sulfato ferroso. O irmão mais velho de M. A., atualmente com 10 anos de idade, teve anemia aos 3 anos pois, segundo a mãe, se agitava demais e não se alimentava direito. A mãe relata também que o marido, pai de M.A., entregador de uma loja de eletrodomésticos relata seguidamente de algesia nos membros inferiores e dor no hipocôndrio esquerdo, principalmente após um longo dia de trabalho, quando carrega muito peso e faz muito esforço.

Veja abaixo o exame sanguíneo laboratorial da paciente que, junto de eletroforese, foi fundametal para o diagnóstico de anemia falciforme.

Questões para revisão e discussão do Caso Clínico:

1) A partir de quais indícios a hipótese de anemia falciforme foi formada? Cite as alterações encontradas no hemograma e qual a importância destes achados.

2) Caso a hipótese seja confirmada, por que apenas M.A. apresenta a doença?

3) Qual a alteração bioquímica da hemácia na anemia falciforme? Por que ela fica no formato de foice?

4) Por que motivo indivíduos com anemia falciforme tendem a mostrar sinais clínicos da doença ao longo do primeiro ao de vida?

5) O que significaria dizer que o irmão de M. A. é portador do traço falciforme?

Atenção! Este caso é fictício. Qualquer semelhança com casos reais é mera coincidência.

Referências bibliográficas:

Tymoczko, J. L.; Berg, J. M.; Stryer, L. Bioquímica Fundamental. Guanabara Koogan, 2011.
Nelson, D. L.; Cox, M. M. Princípios de Bioquímica de Lehninger. 6ª edição. Artmed. 2014.
Marks, A. D.; Smith, C. M.; Lieberman, M. Bioquímica Médica de Marks: uma abordagem clínica. 2ª edição. Artmed. 2007.
Teixeira, P. M. dos S. Hemoglobinopatias: clínica, diagnóstico e terapêutica – artigo de revisão. 2014.

BIOQUÍMICA EM FOCO