Projeto Imunologia nas Escolas Instituto de Investigação em Imunologia - Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia
Sistema Imune e Mundo microscópico (atividade #1)
São Paulo, 2011
Sumário Apresentação sobre Sistema Imune Fichas de discussão (i) Invenção do microscópio – descoberta da célula – descoberta de bactérias (ii) História – febre puerperal – conexão – infecção (iii) Resposta imune e definições componentes Roteiro da Aula prática Roteiro para professor Sugestões de vídeos Anexos O sistema imune no organismo Questionário de avaliação
O que é um sistema no nosso organismo?
Um conjunto de células e tecidos com função especializada Sistema músculo-esquelético Sistema digestório Sistema respiratório
Sistema circulatório Sistema nervoso
Sistema urinário
Sistema Imune?
Qual
a importância do sistema imune? Quais são os componentes do sistema imune? Como acontece a atividade do sistema imune resposta imune?
Sistema Imune: defesa e manutenção do equilíbrio Infecções
Câncer
Imunologia: ciência que estuda o sistema imune e suas funções
Imunidade: infecções
O que é Imunidade?
historicamente estado de proteção contra
“imunidade”: do latim immunitas: proteção de processo legal oferecida aos senadores romanos durante os seus mandatos Sistema imune: conjunto de órgãos, tecidos, células e moléculas, que trabalham juntos na defesa do organismo contra microorganismos e na manutenção do equilíbrio biológico
Imunologia é uma Ciência Experimental
Construção de conhecimentos por meio de experimentos
Primeiro exemplo desta manipulação vacinação contra varíola (Edward Jenner, 1798) Varíola doença viral que causou inúmeras epidemias
Observação
Edward Jenner, 1798
Ordenhadoras de vacas nunca contraíam a varíola humana. As vacas tinham pústulas parecidas com as da varíola humana.
Por que??
Hipótese e Experimentação Hipótese
O contato com as pústulas das vacas protege as ordenhadoras contra a varíola humana
Teste da hipótese
Experimento Inoculou um garoto de 8 anos com pústula de varíola de vaca e depois o desafiou com a pústula humana. Resultado o garoto não ficou doente Protegeu
Jenner vacinando James Phipps
Novo Conhecimento
Conclusão Algo nas pústulas das vacas estimula o organismo da pessoa e protege contra a varíola humana
Vacinas Vacina: vaccinus, significa vaca em latim
1980- OMS declarou a erradicação da varíola
O sistema imune na saúde e na doença
Sistema imune em equilíbrio: saúde Sistema imune deficiente: não dá conta do recado Sistema imune desequilibrado: ataca os próprios tecidos Sistema imune hiperreativo ao ambiente: desenvolve alergias
Sistema imune – órgãos linfoides Importante na defesa e equilíbrio do organismo Adenoides e tonsilas
timo linfonodos Vasos linfáticos baço placas de Peyer
Órgãos linfoides primários
apêndice medula óssea
Órgãos linfoides secundários
Sistema imune – Componentes Células • • • •
Leucócitos (Linfócitos T e B) Células NK Monócitos -- Macrófagos Células dendríticas
Moléculas • • • •
Citocinas Anticorpos Perforina e granzimas Complemento
De onde vêm e para onde vão as células do sistema imune e as moléculas?
As células são produzidas nos órgãos linfoides primários: medula óssea e timo. As moléculas são produzidas por células do SI e algumas também por células de outros sistemas
Células migram órgãos linfoides secundários, onde interagem com diversas substâncias que as estimulam as células se ativam proliferam e produzem outras substâncias com funções específicas Resposta imune
Desenvolvimento de diferentes linhagens celulares Medula óssea
Célula hematopoiética
Linhagem linfóide
Linhagem mielóide
Eritrócitos
Linfócitos Plaquetas
Macrófagos Neutrófilos Basófilos
Eosinófilos
Linfócitos T
Linfócitos B
Timo
Medula óssea
Leucócitos ou Células Brancas Neutrófilos 3000 a
7000/mm3
Eosinófilos 100 a
Basófilos
400/mm3
20 a 50/mm3
Linfócitos 1500 a 3000/mm3
Monócitos 100 a 700/mm3
Linfócito T
Linfócito B
Cél NK
Como acontece a resposta imune ?
Resposta Imune na Infecção ONDE ocorre: Local da infecção,
nos linfonodos e na circulação
barreiras
fagócitos
complemento
Horas
NK
Reconhecimento de ANTÍGENOS
Dias
Imunidade adaptativa Linfócito B Atividades dos anticorpos: Neutralização, opsonização, Auxílio na citotoxicidade
Humoral (linfócitos B)
anticorpos
Linfócito B produtor de anticorpos Linfócito T
Celular (linfócitos T)
Linfócito T CD4+ auxiliar
LinfócitoT CD8+ citotóxico
Produtoras de citocinas e moléculas citotóxicas
Atividades das citocinas: inflamatórias e anti-inflamatórias, citotóxicas
Respostas Imunes Inata
Adaptativa
Tempo de resposta
horas
dias
Especificidade
limitada
Altamente diversa;aumenta durante o curso da resposta
Resposta a repetidas infecções
Idêntica à resposta Muito mais rápida primária do que a resposta primária (Memória)
Principais componentes
Barreiras físicas (pele, mucosas), fagócitos, citocinas
Linfócitos T (CD4+ e CD8+), linfócitos B (produzem anticorpos)
Sistema imune Participantes da resposta Imune Antígenos: substâncias
estranhas ou endógenas capazes de ativar o sistema imune e induzir uma resposta imune
Macrófagos e células dendríticas: fagocitam e
apresentam antígenos aos linfócitos. Produzem citocinas que ativam ou inibem a função dos linfócitos.
Citocinas: substâncias solúveis
produzidas por diversas células do sistema imune, capazes de ativar ou inibir a ativação de outras células do SI e de outros tecidos.
Linfócitos T Auxiliares: linfócitos
com capacidade de produzir substâncias (citocinas) que ativam a diferenciação de outras células que participam da resposta imune, como linfócitos B e linfócitos T citotóxicos.
Linfócitos T citotóxicos:
linfócitos com capacidade de matar células com substâncias (perforina e granzimas) que lisam a membrana celular de outras células
Linfócitos B: (resposta humoral) linfócitos que têm
imunoglobulinas na sua superfície e se diferenciam em plasmócitos que produzem anticorpos.
Células de Memória: geradas de linfócitos T e B que se ativaram após resposta imune. Em segundo contato com antígeno, respondem mais rapidamente (resposta secundária)
Anticorpos: substâncias
solúveis (imunoglobulinas) produzidas pelos plasmócitos que reagem especificamente com um antígeno, estranho ou do próprio organismo. Podem: neutralizar micoorganismos, se ligar a outras células facilitando a fagocitose ou ajudar na atividade citotóxica.
Importantes Atividades funcionais Manutenção equilíbrio biológico: controle da inflamação, cicatrização, reparação, eliminação de células mortas do organismo. Distinção entre o próprio e o estranho e reconhecimento de situação de perigo Defesa contra microorganismos que causam doenças (patógenos) Controle de células cancerígenas Manutenção do feto - Gravidez
Equilíbrio do Sistema Imune Bactérias
Mutações celulares
Comida
Parasitas
Transplante
Insetos Alérgenos
Vírus
Gravidez
vacinas
Saúde
INFLAMA
DESINFLAMA
Doença
SISTEMA IMUNE Controle fino
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A Descoberta do Mundo Microscópico
A invenção do microscópio
Antes do microscópio, foram inventadas as lentes. Não se sabe ao certo quando, mas antes de Cristo (721 a.c), há relato de um cristal de rocha recortado com propriedades de ampliação (teria sido uma lente?).
Cristal da rocha, lente de Lanyard
Microscópio em 1600.
Microscópio de uma lente, 1700
Microscópio projeção, 1742
Microscópio c/ espelhos, 1840
Microscópio eletrônico
Com a invenção dos óculos, na Itália, (+/- ano 1280), as lentes ficaram mais conhecidas e foram mais utilizadas. Logo em seguida, começaram experiências com combinação de lentes e foi criado o primeiro microscópio (com duas ou mais lentes). Acredita-se que o primeiro microscópio tenha sido inventado por volta do ano 1595, pelo holandês Zacharias Jansen. No século XVII houve grande interesse pelos microscópios. Mas, ainda havia dúvidas sobre a importância do instrumento para a ciência. O aumento dos objetos, em torno de nove vezes, não permitia observar coisas realmente novas. Ainda não se suspeitava que uma estrutura presente em todos os tecidos vivos logo estaria ao alcance dos nossos olhos, com a ajuda dos microscópios: a célula. No fim do século XVII, o cientista alemão Antonie Van Leeuwenhoek fez descobertas importantes, usando microscópio com uma lente. Ele produziu instrumentos com aumento entre 50 e 200 vezes. O século XVIII foi uma época de melhorias nas lentes e microscópios e, por volta do ano de 1742, os microscópios que projetavam imagens fizeram grande sucesso. Por volta de 1880, os chamados microscópios ópticos atingiram a resolução de 0,2 micrômetros, limite que permanece até os dias de hoje. Atualmente, os microscópios e as técnicas de observação do mundo microscópico estão muito avançados. O microscópio eletrônico foi inventado no início dos anos 30, pelo alemão Ernest Ruska. Eles usam feixes de elétrons e lentes eletromagnéticas, no lugar da luz e das lentes de vidro, permitindo aumento de até um milhão de vezes. Os novos microscópios eletrônicos (aumento de centenas de milhares de vezes) permitem a observação até no nível atômico. Há 3 tipos básicos de microscópio eletrônico: transmissão (para observação de cortes ultrafinos), varredura (para observação de superfícies) e tunelamento (para visualização de átomos).
Células da cortiça
Esquema de célula animal
Esquema de célula vegetal
Bactérias – E. Coli
A descoberta da célula Em 1663, o cientista inglês Robert Hooke (1635-1703), querendo descobrir por que a cortiça era tão leve e flutuante, cortou-a em fatias finas para observar ao microscópio. Observou muitas cavidades preenchidas com ar. Após dois anos, ele publicou um trabalho denominando as estruturas ocas de "células". Com os avanços das pesquisas, na segunda década do século XVIII, já havia um consenso de que as plantas eram formadas por “espaços microscópicos”. Mas, não se pensava que as células constituíam uma estrutura básica única, partilhada por todos os vegetais. Somente em 1805 foi possível isolar as células, confirmando-se sua individualidade. Em 1673, Antonie van Leeuwenhoeck (1632-1723) observou as primeiras células animais: os glóbulos vermelhos do sangue. Inicialmente, os cientistas não os consideraram células, pois não esperavam encontrar estruturas básicas em comum para animais e vegetais. Também não se suspeitava que os tecidos fossem formados por células. A partir de 1744, os cientistas pesquisaram uma substância viscosa encontrada no interior de várias microestruturas animais, e apenas quatorze anos depois, ela foi também reconhecida nas microestruturas vegetais, reafirmando a similaridade entre as células animais e vegetais. Em 1860, esta substância recebeu o nome de protoplasma (hoje chamado de citoplasma), e suspeitou-se que ela estaria presente nas células de todos os seres vivos. O núcleo da célula, já observado por Leewenhoeck, em 1700, passou a ser considerado parte das células no fim do século XVIII. O exame mais detalhado do núcleo levou à descoberta, em 1781, de outra estrutura em seu interior, mais tarde denominada nucléolo. Em 1836, os cientistas reconheceram a presença do núcleo em todas as células do tecido humano, com exceção das hemácias. Em 1839, o zoólogo alemão Theodor Schwann publicou a Teoria Celular, postulando: todos os tecidos animais e vegetais são formados por células.
Descoberta das bactérias
Estima-se que a espécie homo sapiens sapiens tenha aproximadamente 200 mil anos. As bactérias são os organismos mais antigos na terra, encontradas em fósseis de 3,8 bilhões de anos. Porém, temos consciência da sua existência há menos de 400 anos. As bactérias foram descobertas por Antonie van Leeuwenhoek em 1683. Analisando resíduos retirados de seus próprios dentes, ao microscópio, ele observou seres minúsculos em forma de bastonetes e denominou esses seres microscópicos de "animálculos", que significa pequenos animais. Muito mais tarde, em 1828, foi introduzida a palavra bacterium (do grego, significa pequeno bastão) pelo microbiologista alemão C.G. Ehrenberg. Porém, foi apenas no fim do século XIX que as bactérias despertaram maior interesse dos cientistas, quando Louis Pasteur e Robert Koch descreveram o seu papel como vetores de várias doenças. A ideia de que as bactérias podiam causar doenças foi sendo lentamente aceita, com a demonstração da origem bacteriana de diversas doenças humanas, como a gonorréia, tifo, lepra, tuberculose, etc. Hoje, sabese que apenas uma minoria de bactérias causa doença. Para se dar uma noção, uma pessoa sadia tem no seu nosso organismo 10 vezes mais bactérias do que células humanas e essas bactérias ajudam o nosso organismo em inúmeras funções. Fontes: http://www.invivo.fiocruz.br/celula/index.htm,
http://www.ted.com/talks/bonnie_bassler_on_how_bacteria_communicate.html
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Mundo Microscópico – A conexão entre os Microorganismos e Doenças História do Jaleco Você sabia que o uso da cor branca e o jaleco são recentes na história da medicina? No livro “A Vida e Obra de Semmelweis”, escrito pelo francês Louis Ferdinand, é contado sobre como os jalecos eram de cor escura e quanto mais manchado de sangue fosse o avental, mais respeitado era o profissional pela comunidade, indicando muitos feitos na profissão.
A Complexa descoberta da simplicidade: assepsia das mãos na prática médica. Semmelweis (1818-1865) foi um médico húngaro famoso por descobrir métodos eficazes contra a doença chamada de febre puerperal, que ocorre no período após o parto. Esta doença matou milhares de mulheres e crianças no início do século XIX. Naquela época houve uma epidemia desta doença que praticamente só ocorria nos partos feitos em hospital. Nas fases mais intensas da epidemia, todas as mulheres que entravam no hospital saíam mortas. Por quê? Observe uma frase do diário de Semmelweis sobre algumas hipóteses para o problema: “Dezembro de 1846. Por que é que tantas mulheres morrem com esta febre, depois de partos sem
quaisquer problemas? Durante séculos, a ciência disse-nos que se trata de uma epidemia invisível que mata as mães. As causas podem ser a alteração do ar, alguma influência extraterrestre, ou algum movimento da própria Terra, como um tremor de terra.”
Semmelweis observou a morte de seu amigo, com os mesmos sintomas da febre puerperal, logo após um pequeno acidente com o bisturi que dessecava cadáveres, com observação afiada, concluiu que a febre puerperal poderia ser transmitida pelo contato. Semmelweis propôs a lavagem das mãos entre procedimentos, consequentemente houve grande redução de mortes. Sabemos, hoje, que na febre puerperal as mulheres eram infectadas por bactérias presentes nas mãos sujas dos médicos e seus instrumentos cirúrgicos, pois antes de examiná-las eles faziam autópsias. Com úteros feridos logo após o parto, tornava-se fácil ocorrer uma infecção. Isto parece uma conclusão óbvia, porém, na época, mesmo havendo microscópio e sabendo-se da existência de microorganismos, pouco se sabia sobre a conexão entre microorganismos e infecções. Com essas observaçãoes, ficou decidido: “A partir de hoje, 15 de maio de 1847, todo estudante ou médico é
obrigado, antes de entrar nas salas da clínica obstétrica, a lavar as mãos, com uma solução de ácido clórico, na bacia colocada na entrada. Esta disposição vigorará para todos, sem exceção ”. Ao obrigar os médicos e estudantes de
medicina a lavar as mãos, Semmelweis foi expulso do hospital e obrigado a deixar Viena. Magoado pela indiferença dos colegas escreveu cartas aos obstetras denunciando as irresponsabilidades e culpando-os pelos assassinatos. Foi chamado de louco, e morreu depois de ser internado em um hospital psiquiátrico. As técnicas de anti-sepsia e assepsia foram, finalmente, aceitas como parte da rotina cirúrgica em meados de 1890. Como consequência, o uso de luvas, máscaras, aventais e gorros cirúrgicos evoluiu naturalmente.
Anti-sepsia: desinfecção. Assepsia: conjunto das medidas adotadas para evitar a chegada dos germes a local que não os contenha.
Sistema Imune – Resposta Imune
Como as cĂŠlulas interagem na resposta imune? O que fazem?
Interações na Resposta Imune Antígenos: substâncias
Macrófagos: fagocitam e apresentam antígenos aos linfócitos. Produzem citocinas que ativam ou suprimem a função dos linfócitos.
estranhas ou endógenas capazes de ativar o sistema imune e induzir uma resposta imune
Linfócitos B: linfócitos que têm imunoglobulinas na sua superfície que podem se ligar a antpigenos solúveis. Diferenciamse em plasmócitos que produzem anticorpos.
Linfócitos T Auxiliares: linfócitos com capacidade de produzir substâncias (citocinas) que ativam a diferenciação de outras células que participam da resposta imune, como linfócitos B e linfócitos T citotóxicos
Anticorpos –
substâncias solúveis (imunoglobulinas) produzidas pelos plasmócitos que reagem especificamente com um antígeno, estranho ou do próprio organismo. Podem: neutralizar micoorganismos, se ligar a outras células facilitando a fagocitose ou ajudar na atividade citotóxica.
Linfócitos T citotóxicos: linfócitos com capacidade de matar células com substâncias (perforina e granzimas) que lisam a membrana celular de outras células
Citocinas: substâncias solúveis Células de Memória: geradas de linfócitos T e B que se ativaram após resposta imune. Em Segundo contato com antígeno, respondem mais rapidamente (resposta secundária).
produzidas por diversas células do sistema imune, capazes de ativar ou inibir a ativação de outras células do SI e de outros tecidos.
“Projeto Imunologia nas escolas” Aula prática de microscopia Hoje, mostraremos a importância da microscopia para o desenvolvimento da imunologia e da ciência. Trabalharemos com a demonstração de diferentes escalas microscópicas e com lâminas contendo célula do Sistema Imune.
1. Dividiremos os alunos em quatro grupos. 2. Assista
atentamente
ao
vídeo
que
mostra
diferentes
escalas
microscópicas. 3. Você receberá duas letras impressas em tamanhos diferentes. Observe-as no microscópio. Como você as enxergou? _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ 4. Observe as lâminas de esfregaço de sangue que foram coradas com Giemsa, que é um método de coloração das células do sangue que permite visualizá-las e observar suas características. O núcleo das células do sistema imune está corado de roxo. Há diferença entre as células observadas? _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ 5. MUITO IMPORTANTE! Cuidado ao manipular os microscópios. Sempre peça a ajuda de um professor.
Sugestão de vídeos interessantes Atividade #1 – Sistema Imune e Mundo microscópico
1) Fagocitose – desenho ilustrativo (tirar o som) http://www.youtube.com/watch?v=7VQU28itVVw&feature=related Macrófagos migram para o local da infecção onde estão as bactérias, atraídos por substâncias químicas liberados pelos microorganismos. Os macrófagos (ou outros fagócitos) têm moléculas na superfície de sua membrana plasmática que se ligam às bactérias, facilitando (opsonização) a fagocitose da bactéria para seu interior. A bactéria é englobada dentro de uma chamada de fagossomo. Há vesículas (lisossomos) dentro do citoplasma do macrófago com substâncias chamadas de enzimas (proteases e lisozimas) que vão se juntam com o fagossomo (a estrutura de fagossomo + lisossomo = fagolisossomo). Lá, as bactérias são mortas e digeridas. Os produtos da digestão da bactéria são eliminados por exocitose. 2) Fagocitose de bactéria (in vitro) http://www.youtube.com/watch?v=T5W6VpKPt1Y&feature=related 3) Resposta imune contra vírus http://www.ciencianews.com.br/filmes-cien/filmes-cien-index.htm
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Projeto Imunologia nas Escolas Atividade #1 - Sistema Imune e Mundo microscópico Roteiro do professor
Estratégia pedagógica: desenvolver atividades de forma dialógica, estimulando o debate e, sempre, procurando saber o que os alunos pensam e sabem sobre o assunto. Procurar sempre que possível conectar com a vida real, com exemplos. Explorar a opinião dos alunos sobre algum comentário de outro aluno. Voltar aos conceitos estruturantes sempre que possível.
1) Apresentação sobre Sistema Imune + discussão – (30 minutos) Conceitos estruturantes: (i) o que são sistemas biológicos (ii) Imunologia – ciência Experimentalista Metodologia da pesquisa científica – Observação pergunta hipótese experimento resultado conclusão (novo conhecimento) (iii) O que é o sistema imune – principais componentes (iv) Funções do sistema imune – o que acontece com o indivíduo se o sistema imune está deficiente? Desequilibrado? Hiperreativo? (v) resposta inata e adaptativa (vi) resposta celular/ anticorpos (vii) noção – equilíbrio – homeostase – INFLAMA/DESINFLAMA 3) Discussão de fichas (30 minutos) (i) Invenção do microscópio – descoberta da célula – descoberta de bactérias (ii) História – febre puerperal – conexão – infecção (iii) resposta imune e definições componentes (deixar com alunos) 6) Aula prática (1 hora) (i) Roteiro (ii) Vídeo escalas mundo micro (iii) Microscópio: letras escalas, microscópio- esfregaço e células do sistema imune. 7) Vídeos – fagocitose e resposta imune 8) Comentários dos alunos - ficha avaliação
Sistema imune no organismo
Projeto Imunologia nas escolas QUESTIONÁRIO SOBRE A ATIVIDADE #1 – SISTEMA IMUNE” Nome: _____________________________ Data: Turma: _____________________________ 1. O que você achou da aula prática? a. muito legal b. legal c. normal d. chata e. muito chata 2. A duração da aula prática foi: a. Adequada b. Inadequada 3. O material utilizado para aula prática era: a. muito bom b. bom c. ruim d. muito ruim 4. Os textos abordados nas discussões em grupo foram: a. muito interessantes b. interessantes c. pouco interessantes d. entediantes e. difíceis 5. A duração da discussão em grupo: a. longa b. curta
6. A aula a. b. c. d. e.
teórica foi: interessante superficial adequada incompreensível muito chata
7. A duração da aula teórica foi: a. Adequada b. Inadequada 8. Dê um exemplo de alguma coisa nova que você aprendeu e achou interessante. ________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________ ____ 9. Cite alguma coisa que você achou difícil compreender. ________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________ 10. Você tem alguma sugestão para que as próximas aulas sejam mais legais? Lembre-se: sua opinião é muito importante para construirmos juntos este projeto.
“Projeto Imunologia nas Escolas” Plataforma de Ensino e Interação com a Sociedade iii-INCT
Jorge Kalil Coordenador do Instituto de Investigação em Imunologia – iii-INCT Verônica Coelho Coordenadora da Plataforma de Ensino e Interação com a Sociedade do iii-INCT
Coordenadores do “Projeto Imunologia nas Escolas” Verônica Coelho Paulo Cunha Sandra Moraes Silvia Sampaio Equipe do “Projeto Imunologia nas Escolas” Ana Carolina Moutatlet Carla Sá Carlo de Oliveira Martins Carolina Lavini Ramos Carol Yuri Graziele Manin Karine Marafigo de Amicis Luiz Fernando Ferraz da Silva Maria Lúcia Carnevale Marin Matheus Costa
Nathália Moreira Santos Tárcio Braga Vinícius Santana Wesley Brandão Colaboradores do “Projeto Imunologia nas Escolas” Aluísio Segurado Edecio Cunha Neto Esper Kallas Nélio Bizzo Paulo Hilário Nascimento Parceiros do “Projeto Imunologia nas Escolas” na Escola Estadual Romeu de Moraes Rosângela Valim Francisco Cardoso Denise Ribeiro Flávia Cheloni Orlando Giarletti Sílvia Alencar Fernanda Palma Russiano Maria Alice N. Souto Jornalistas Responsáveis Cristiane Paião Márcio Derbli